AEgIS 将手机传感器转化为前所未有的高分辨率反物质相机
AEgIS 将手机传感器转化为前所未有的高分辨率反物质相机
由慕尼黑工业大学团队领导的 AEgIS 合作项目，已将智能手机相机传感器改造为一种探测器，能够以空前的分辨率实时成像反质子湮灭。
2025年4月2日 | 作者：Alex Epshtein
图片说明：新型 AEgIS 探测器（左）以及它所捕获的反质子湮灭选集（右）。湮灭表现为星形事件，多条轨迹从一个主要顶点发出。绿色、青色和橙色箭头指向核碎片的示例。(图片来源: AEgIS/CERN)
您是否知道智能手机中的相机传感器可以帮助解开反物质的秘密？ 由慕尼黑工业大学 (TUM) 研究中子源 FRM II 的 Christoph Hugenschmidt 教授团队领导的 AEgIS 合作项目，已经开发出一种使用改造后的移动相机传感器的探测器，可以实时成像反物质与物质湮灭的点。 这款新设备在 Science Advances 上发表的一篇论文中有所描述，能够以约 0.6 微米的分辨率精确定位反质子湮灭，比之前的实时方法提高了 35 倍。
AEgIS 和 CERN 反物质工厂的其他实验，例如 ALPHA 和 GBAR，都在执行一项任务，即使用不同的技术高精度地测量反氢在地球引力场中的自由落体。 AEgIS 的方法包括产生水平的反氢束，并使用称为莫尔条纹偏转计的设备测量其垂直位移，该设备可以显示运动中的微小偏差，以及记录反氢湮灭点的探测器。
“为了让 AEgIS 工作，我们需要一个具有极高空间分辨率的探测器，而移动相机传感器的像素小于 1 微米，”该论文的主要研究员 Francesco Guatieri 说。 “我们已将 60 个相机传感器集成到我们的探测器中，使其能够达到 3840 兆像素的分辨率——这是迄今为止任何成像探测器的最高像素数。”
Guatieri 补充说：“以前，照相底片是唯一的选择，但它们缺乏实时功能。我们的解决方案已针对反质子进行了演示，可直接应用于反氢，它将照相底片级别的分辨率、实时诊断、自校准和良好的粒子收集表面融为一体。”
研究人员使用了商用光学图像传感器，这些传感器之前已证明能够以空前的分辨率实时成像低能量正电子。 Guatieri 说：“我们必须剥离传感器的第一层，这些传感器用于处理手机的先进集成电子设备。这需要高水平的电子设计和微工程。”
实现创纪录分辨率的关键因素是一个意想不到的因素：众包。 “我们发现，目前人类的直觉优于自动化方法，”Guatieri 说。 AEgIS 团队要求他们的同事手动确定 2500 多张探测器图像中每张图像中的反质子湮灭点的位置，事实证明，这种方法比任何算法都更加准确和精确。 唯一的缺点是：每个同事需要长达 10 个小时才能完成每个湮灭事件。
AEgIS 发言人 Ruggero Caravita 说：“非凡的分辨率还使我们能够区分不同的湮灭碎片。” 通过测量不同湮灭产物的轨迹宽度，研究人员可以调查这些轨迹是由质子还是 π 介子产生的。
Caravita 说：“新型探测器为低能量反粒子湮灭的新研究铺平了道路，并且是观察反氢因重力引起的微小位移的颠覆性技术。”
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