Komórka, którą codziennie nosisz w kieszeni, może pomóc naukowcom badać jedną z najbardziej enigmatycznych substancji we wszechświecie. Dzięki pracy zespołu AEgIS z Uniwersytetu Technicznego w Monachium, standardowe czujniki z aparatów smartfonów zostały przekształcone w ultraczułe detektory anihilacji antymaterii.
Zastosowanie komponentów powszechnie dostępnych w urządzeniach mobilnych nie tylko znacząco obniża koszty badań, ale również pokazuje, że innowacja to niekoniecznie efekt mozolnej i drogiej pracy w laboratoriach. Czasami wystarczy przyjrzeć się temu, co już mamy pod ręką.
Antymateria to nie tylko "suche" pojęcie z fizyki cząstek – to jeden z kluczy do niezwykle ważnej wiedzy: dlaczego Wszechświat istnieje w znanej nam formie. W uproszczeniu można powiedzieć, że każda cząstka materii ma swój odpowiednik – antycząstkę – o tej samej masie, lecz przeciwnym ładunku. Gdy antymateria zderza się z materią, obie cząstki anihilują, wydzielając energię w postaci promieniowania gamma. Ów proces ten trwa ułamki sekund, ale generuje ogromne ilości energii i może być kluczem do określenia przyczyn asymetrii między materią a antymaterią po Wielkim Wybuchu.
Eksperymenty prowadzone w dziale badania antymaterii CERN-u próbują rozwikłać zagadki grawitacyjnych zachowań antywodoru, by odpowiedzieć na jedno z najważniejszych pytań współczesnej fizyki: czy antymateria "spada" tak samo jak materia? A jeśli nie – to co to dla nas oznacza?
Zespół AEgIS, prowadzony przez prof. Christopha Hugenschmidta, dokonał rewolucji, tworząc detektor oparty na 60 zmodyfikowanych czujnikach aparatów z telefonów komórkowych. Urządzenie "wykręca" rozdzielczość na poziomie 3840 megapikseli, umożliwiając rejestrację miejsc anihilacji z dokładnością 0,6 mikrometra – to 35 razy lepiej niż poprzednie stosowane metody. Tak wysoka rozdzielczość pozwala z ogromną precyzją analizować mikroskopijne ślady pozostawione przez cząstki elementarne. Niesamowite, że udało się to zrobić "zaledwie" smartfonem, prawda?
Wcześniej naukowcy musieli polegać na... płytkach fotograficznych, które nie pozwalały na obserwację zjawisk w czasie rzeczywistym. Kolorowo więc nie było. Nowy detektor nie tylko oferuje ogromną precyzję, ale też umożliwia bieżące śledzenie zjawisk, autokalibrację i skuteczne zbieranie cząstek. Tutaj ukłony należą się inżynierom, którzy zdołali usunąć pierwsze warstwy elektroniki z komercyjnych sensorów i dostosować je do potrzeb eksperymentu. To zaś wymagało ogromnej precyzji i interdyscyplinarnego podejścia łączącego fizykę cząstek, elektronikę oraz oprogramowanie.
Zabrzmi to "nienaukowo", ale niemałą rolę odegrała tu ludzka intuicja. Zespół AEgIS postawił na crowdsourcing – ręczne oznaczanie miejsc anihilacji na ponad 2500 obrazach. Algorytmy nie były w stanie dorównać precyzji człowieka. Każde z takich oznaczeń zajmowało nawet 10 godzin, ale rezultat był tego wart. Dzięki temu naukowcy mogli nie tylko rejestrować anihilacje, ale też rozróżniać ślady po różnych cząstkach, takich jak protony czy piony (tzw. mezony pi). Różnice w długości i szerokości śladów mogą bowiem ujawniać subtelne właściwości cząstek, z którymi wcześniej trudno było się uporać. Fakt, że ludzka precyzja przewyższa obecnie możliwości algorytmów, to dowód na to, że jeszcze nie jesteśmy tacy "do niczego". Aczkolwiek niedługo owe algorytmy przewyższą nas i w tym zastosowaniu — tego jestem akurat pewien.
Mamy zatem narzędzie, które jest i zaskakujące i niezwykle ważne badań nad antymaterią. Tak możliwe jest precyzyjne mierzenie wpływu grawitacji na antywodór, a także dokonanie dalszych odkryć w zakresie anihilacji niskoenergetycznych antycząstek. Potencjalne zastosowania nie kończą się na fizyce fundamentalnej – podobne technologie mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w medycynie, w przemyśle kosmicznym czy w detekcji promieniowania w środowiskach ekstremalnych.
Czytaj również: Z ciemną materią jest jeden problem. To maleństwo go rozwiąże
Doskonały przykład zdrowego "recyklingu" rozwiązań. Detektor zespołu AEgIS udowadnia, że granica między światem nauki a technologią stosowaną "na co dzień" poważnie się zaciera. Zakładam, że nikt poza naukowcami z AEgIS nie będzie używać smartfona do detekcji antymaterii, ale... to i tak niesamowicie imponująca sprawa. Wystarczy ciekawość i odrobina wyobraźni, by uzmysłowić sobie, że nauka nie jest tylko dla intelektualnych elit. Właściwie, to tak właściwie jest. Szkoda tylko, że z rzadka zdarza się, byśmy mogli trafić na dobre na to dowody. To właśnie jeden z nich!
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
