Smartfonem można szukać cząstek elementarnych. Udowodnili to polscy fizycy w CERN
Część obecna w każdym telefonie okazała się świetnym detektorem zderzeń cząstek elementarnych. Matryca światłoczuła CMOS to część smartfonowych aparatów fotograficznych. Jej nowatorskie zastosowanie jako detektor cząstek to dzieło m.in. polskich naukowców.
Spis treści
Akceleratory cząstek elementarnych to najdroższe i najbardziej skomplikowane urządzenia stworzone przez ludzi. Wielki Zderzacz Hadronów kosztował niemal 5 miliardów euro, a roczny koszt jego eksploatacji przekracza miliard. CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) ma w planach budowę kolejnego, jeszcze większego i droższego. Inwestycja ma ruszyć w 2030 roku i pochłonąć astronomiczną kwotę kwotę 21 miliardów euro.
Przy takich kosztach każda oszczędność jest na wagę złota. Dlatego uwagę przykuwa nowe odkrycie zespołu CERN, w którym brali udział także polscy fizycy. Zwykły chip CMOS z telefonu komórkowego wykorzystali jako detektor zderzeń cząstek materii z antymaterią.
Matryca ze smartfona wykrywa anihilację materii i antymaterii
Zespół AEgIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy) działający przy CERN pod Genewą, z udziałem polskich naukowców, opracował nowatorski sposób wykrywania anihilacji cząstek – zjawiska zachodzącego, gdy materia spotyka się z antymaterią. Kluczowym elementem jest wykorzystanie matryc CMOS, stosowanych powszechnie w aparatach fotograficznych smartfonów.
W eksperymencie AEgIS badano wpływ grawitacji na antymaterię, wykorzystując pozytony (antyelektrony) i ich anihilację z elektronami, co prowadzi do emisji wysokoenergetycznych fotonów. Eksperyment przeprowadzano na atomach wodoru. Nowe detektory zbudowane ze smartfonowych matryc umożliwiają niezwykle precyzyjne śledzenie śladów cząstek w miejscu zderzenia, z dokładnością rzędu kilku mikrometrów.
To znacznie przewyższa możliwości standardowych detektorów krzemowych. W dodatku technologia ta jest stosunkowo tania, kompaktowa i pozwala na analizę danych w czasie rzeczywistym. Nowy detektor pomoże odpowiedzieć na pytanie, jak antymateria zachowuje się w polu grawitacyjnym, na które wciąż nie znamy jednoznacznej odpowiedzi.
Potencjalne zastosowania nowej metody
Nowa metoda daje nadzieję na prostsze, tańsze i bardziej dokładne wykrywanie zderzeń cząstek. Dotychczas stosowano duże detektory, oparte na krzemie. Matryce CMOS w smartfonach także bazują na tym pierwiastku, ale elementy światłoczułe są w nich zdecydowanie gęściej ułożone. Wystarczą niewielkie modyfikacje, aby taką matrycę przerobić na detektor zderzeń cząstek. Trzeba usunąć mikrosoczewki pokrywające matryce, a następnie połączyć wiele matryc w jeden wystarczająco duży element.
W projekcie AEgIS CERN biorą udział polscy naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego. Prof. Mariusz Piwiński z UMK mówi, że matryce CMOS użyto póki co do wykrywania miejsca anihilacji antyprotonów, ale uważa że pomysł zostanie zastosowany w kolejnych eksperymentach, do wykrywania anihilacji innych cząstek antymaterii. Eksperyment i nowatorskie zastosowanie matryc CMOS zostały opisana w artykule opublikowanym właśnie w czasopiśmie „Science Advances”.
Źródła: Nauka w Polsce, Science Advances
Nasza autorka
Magdalena Rudzka
Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.