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Smartphone-Fotosensoren helfen bei der Suche nach
Antimaterie
Redaktion
/ Pressemitteilung der Technischen Universität München
astronews.com
2. Mai 2025
Mithilfe von Smartphone-Fotosensoren untersuchen Forschende
am Teilchenbeschleuniger CERN die Zerstrahlung von Antimaterie in Echtzeit und
mit bisher unerreichter Ortsauflösung. Der Detektor kann
Antiprotonen-Annihilationen mit einer Genauigkeit von nahezu 0,6 Mikrometern
erfassen, was eine 35-fache Verbesserung gegenüber früheren Verfahren darstellt.
Die aktive Oberfläche des OPHANIM (Optical
PHoton and ANtimatter IMager) Detectors bestehend aus 60
optischen CMOS Sensoren mit insgesamt 3850 Megapixeln.
Foto: Andreas Heddergott / TU
München [Großansicht] |
Die AEgIS-Kooperation (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry,
Spectroscopy) am CERN hat das primäre Ziel, den freien Fall von Antiwasserstoff
im Schwerefeld der Erde mit hoher Präzision zu messen. Dafür wird ein
horizontaler Antiwasserstoffstrahl erzeugt und seine vertikale Fallstrecke mit
einem Moiré-Deflektometer gemessen – ein Gerät das winzigste
Positionsverschiebungen der Antiwasserstoff-Annihilationspunkte detektiert.
"Damit AEgIS funktioniert, brauchen wir einen Detektor mit einer unglaublich
hohen räumlichen Auflösung, und die Sensoren mobiler Kameras haben Pixel, die
kleiner als ein Mikrometer sind", sagt der Leiter der Studie Dr. Francesco
Guatieri. Er arbeitet an der Technischen Universität München (TUM) in der Gruppe
von Prof. Christoph Hugenschmidt an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II in
Garching. "Wir haben 60 Smartphone-Chips in einen einzigen fotografischen
Detektor, den Optical Photon and Antimatter Imager (OPHANIM),
integriert. Dieser hat damit weltweit die höchste Anzahl von Pixeln, die in
einem technischen Gerät verwendet wird: 3840 Megapixel."
Zuvor waren fotografische Platten die einzige Option, um die gewünschte
Präzision zu erreichen. Diese ließen jedoch keine Echtzeitmessungen zu. "Unsere
Lösung wurde bereits an Antiprotonen erfolgreich getestet und wird nun direkt
auf Antiwasserstoff angewendet: Wir kombinieren eine hohe Auflösung auf
Fotoplattenniveau, Echtzeitdiagnose, Selbstkalibrierung und ein guter Raumwinkel
für die Teilchenerfassung in einem Gerät", erläutert Guatieri.
Konkret verwendeten die Forscher optische Bildsensoren aus handelsüblichen
Mobiltelefonen. "Wir mussten die ersten Schichten der Sensoren entfernen, die
für die hochentwickelte integrierte Elektronik von Mobiltelefonen ausgelegt
sind", sagt Guatieri. "Dies erforderte ein hochentwickeltes elektronisches
Design und Mikrotechnik." Maßgeblich daran beteiligt waren die Master-Studenten
Michael Berghold und Markus Münster an der TUM School of Engineering and
Design.
AEgIS-Sprecher Dr. Ruggero Caravita betont: "Dies ist eine bahnbrechende
Technologie für die Beobachtung der winzigen, durch die Schwerkraft bedingten
Verschiebungen in einem sich horizontal bewegenden Anti-Wasserstoff-Strahl. Sie
kann aber auch breitere Anwendung in Experimenten finden, bei denen eine hohe
Positionsauflösung von entscheidender Bedeutung ist, oder zum Beispiel um
hochauflösende Tracker zu entwickeln. Diese außergewöhnliche Auflösung
ermöglicht es uns zudem, verschiedene Annihilationsfragmente zu unterscheiden.
Damit eröffnet sie neue Forschungswege zur Annihilation von niederenergetischen
Antiteilchen in Materialien."
Die Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances
erschienen.
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