Außergewöhnliche Auflösung: Handy-Kameras sollen Antimaterie in Echtzeit messen
Der an der TU München entwickelte Antimaterie-Detektor besteht aus 60 Handykamera-Sensoren. (Bild: Andreas Heddergott/TUM)
Seit 2018 untersuchen Wissenschaftler:innen am Forschungszentrum Cern im Rahmen des Antimaterie-Experiments (Aegis) den freien Fall von Antiwasserstoff im Schwerefeld der Erde. Damit das Ganze funktioniert, wird ein Detektor mit hoher räumlicher Auflösung benötigt.
Sensoren von 60 Smartphone-Kameras kombiniert
Einen solchen hat ein Team unter Leitung von Forscher:innen der TU München jetzt entwickelt. Dazu verwendeten sie die optischen Sensoren von 60 Smartphone-Kameras und bauten daraus den optischen Photonen- und Antimaterie-Detektor (Ophanim).
„Dieser hat damit weltweit die höchste Anzahl von Pixeln, die in einem technischen Gerät verwendet wird: 3.840 Megapixel“, sagt Francesco Guatieri, der die entsprechende Studie geleitet hat. Die Studie ist im Fachmagazin Science Advances erschienen.
Komplexe Entwicklungsarbeit erforderlich
So leicht, wie es sich anhört, war die Entwicklung aber nicht. „Wir mussten die ersten Schichten der Sensoren entfernen, die für die hochentwickelte integrierte Elektronik von Mobiltelefonen ausgelegt sind“, erklärt Guatieri in einer entsprechenden Mitteilung.
Das habe ein „hochentwickeltes elektronisches Design und Mikrotechnik“ erfordert. Das Ergebnis kann sich aber sehen lassen. Mit dem Detektor können sogenannte Antiprotonen-Annihilationen mit einer Genauigkeit von nahezu 0,6 Mikrometern erfasst werden.
Auflösung: Verbesserung um das 35-Fache
Das stelle eine Verbesserung gegenüber früheren Verfahren um das 35-Fache dar und erlaube Messungen mit einer bisher „unerreichten Auflösung in Echtzeit“. Die zuvor eingesetzten fotografischen Platten hätten zwar eine hohe Präzision ermöglicht, aber keine Echtzeitmessungen zugelassen, heißt es von der TU München.
„Wir kombinieren eine hohe Auflösung auf Fotoplattenniveau, Echtzeitdiagnose, Selbstkalibrierung und einen guten Raumwinkel für die Teilchenerfassung in einem Gerät“, so Guatieri. Der Ophanim-Detektor wurde schon an Antiprotonen getestet und soll jetzt auch direkt auf Antiwasserstoff angewendet werden.
Bahnbrechende Technologie für Antimaterie-Messung
Für die Beobachtung der winzigen, durch die Schwerkraft bedingten Verschiebungen in einem sich horizontal bewegenden Antiwasserstoff-Strahl sei die Technologie „bahnbrechend“. Sie könne aber auch breitere Anwendungen bei anderen Experimenten finden oder, um hochauflösende Tracker zu entwickeln.
