Smartfonem można szukać cząstek elementarnych. Udowodnili to polscy fizycy w CERN

Spis treści

1. Matryca ze smartfona wykrywa anihilację materii i antymaterii
2. Potencjalne zastosowania nowej metody

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.