Sensores de teléfono inteligente para investigar la antimateria

¿Sabías que el sensor de la cámara de tu smartphone podría ayudar a desvelar los secretos de la antimateria?

La antimateria es, en cierto modo, un "duplicado invertido" de la materia. Cada partícula subatómica tiene su antipartícula, con carga opuesta. Cada elemento químico, su antielemento. Cada sustancia, su antisustancia. De hecho, en teoría serían posibles construcciones más masivas y complejas, como por ejemplo antiplanetas y antiestrellas.

Cuando materia y antimateria entran en contacto se aniquilan mutuamente. En el Big Bang, la “explosión” colosal con la que se formó el universo, se generaron cantidades iguales de materia y antimateria. Sin embargo, por algún motivo que aún se desconoce, en la aniquilación mutua que siguió, la materia acabó prevaleciendo sobre la antimateria y hoy vivimos en un universo observable hecho principalmente de materia, con escasas y fugaces apariciones de partículas de antimateria. La comunidad científica trabaja en diversas líneas de investigación para intentar resolver el enigma de la escasez de antimateria.

La Colaboración AEgIS, un grupo de científicos que investiga ese y otros misterios de la antimateria en instalaciones del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), contará ahora con una ayuda extra para su labor.

Christoph Hugenschmidt y sus colegas de la fuente de neutrones FRM II, en la Universidad Técnica de Múnich (TUM) de Alemania, han desarrollado un detector que utiliza sensores de cámara de teléfono inteligente modificados para obtener imágenes en tiempo real de los puntos en los que la antimateria entra en contacto con la materia y se aniquilan mutuamente.

Este nuevo dispositivo puede localizar con precisión las aniquilaciones de antiprotones contra protones con una resolución de unos 0,6 micrómetros, o sea unas 35 veces mejor resolución que la de los métodos anteriores en tiempo real.

El nuevo detector AEgIS (izquierda) y una selección de las aniquilaciones de antiprotones que captó (derecha). Las aniquilaciones aparecen como manifestaciones visuales en forma de estrella con múltiples líneas que emanan de un vértice primario. Las flechas verde, cian y naranja señalan ejemplos de componentes subatómicos. (Imagen: AEgIS / CERN)

AEgIS y otros experimentos de la Fábrica de Antimateria del CERN, como ALPHA y GBAR, vienen utilizándose últimamente para medir con gran precisión la caída libre de antihidrógeno dentro del campo gravitatorio terrestre. Cada uno de ellos emplea una técnica diferente.

La estrategia de AEgIS consiste en producir un haz horizontal de antihidrógeno y medir su desplazamiento vertical utilizando un dispositivo llamado deflectómetro de Moiré que revela pequeñas desviaciones en el movimiento y un detector que registra los puntos de aniquilación del antihidrógeno.

Para que el AEgIS funcione como se desea, se necesita un detector con una resolución espacial muy alta, y curiosamente los sensores de las cámaras móviles cuentan con una resolución de ese nivel, ya que tienen píxeles de menos de 1 micrómetro, tal como explica Francesco Guatieri, uno de los coautores de este trabajo de investigación y desarrollo. “Hemos integrado 60 sensores de cámara de teléfono inteligente en nuestro detector, lo que le permite alcanzar una resolución de 3.840 megapíxeles. Esta cantidad de píxeles es superior a la de cualquier otro detector de imágenes comparable hasta la fecha”.

Las opciones previas de detector con buena resolución carecían de la capacidad de trabajar en tiempo real.

Hugenschmidt, Michael Berghold de la Universidad Técnica de Múnich y sus colegas exponen los detalles técnicos de su adaptación tecnológica en la revista académica Science Advances, bajo el título “Real-time antiproton annihilation vertexing with sub-micron resolution”. (Fuente: NCYT de Amazings)