Badanie antymaterii smartfonowym aparatem? To możliwe

Intensywne zabiegi twórców oprogramowania dla smartfonowych aparatów, wdrażanie funkcji AI na siłę bez uzasadnienia, sprawia, że choć fotografowanie telefonami ma ogromny sens, to trudno uznać te urządzenia za przydatne w zastosowaniach profesjonalnych. No dobrze, są branże, w których telefon jest przydatny, choćby ubezpieczenia samochodowe, gdzie agent wykorzystuje zdjęcia z telefonu dla dokumentacji zdarzenia, stanu technicznego samochodu.

Sensor smartfonowego aparatu ma potencjał

Dążenie AI do „poprawiania” smartfonowych zdjęć, może w pewnym momencie postawić takie zastosowanie telefonu - dokumentacja - pod znakiem zapytania, ale w końcu to wina tylko oprogramowania. To można teoretycznie zrobić samodzielnie, dysponując samym tylko sprzętem. Dla przeciętnego użytkownika jest to działanie poza zasięgiem, pozostaje ewentualne posiłkowanie się aplikacjami aparatu z Google Play czy AppStore.

Mozaika sensorów w instrumencie AEgIS (po prawej obrazki, które analizują naukowcy z zaznaczonym miejscem zjawiska). (fot: CERN/AEgIS)

Jednakże naukowcy potrafią użyć smartfonowe aparaty w sposób bardzo sprytny. A nawet nie aparaty, co sensory w nich stosowane. Tak właśnie stało się w przypadku pracowników CERN, którzy postanowili wykorzystać 60 sensorów ze smartfonowych aparatów, by skonstruować detektor zjawisk anihilacji. Zachodzą one w sytuacjach, gdy cząstka materii i antymaterii się zderzają, co prowadzi do ich unicestwienia. Towarzyszy temu emisja wysokoenergetycznych fotonów gamma, ale może dochodzić to chwilowej kreacji innych cząstek i promieniowania.

Wyjątkowa cecha sensora z aparatu smartfonowego - rozdzielczość

Niektórzy fotografujący zwykłymi cyfrówkami krytykują techniczne aspekty fotografii smartfonowej, w tym niewielki rozmiar czujnika, a co za tym idzie pojedynczego piksela. Ten z kolei przekłada się na niewielki stosunek sygnał-szum, czyli mówiąc potocznie spore szumy na matrycy. Twórcy smartfonowych aparatów radzą sobie z problemem nie tylko udoskonalając konstrukcje pikseli, wprowadzając coraz większe sensory do smartfonów, ale też łącząc dane odczytywane z pikseli, by symulować ich większy rozmiar.

Względnie porównanie rozmiarów sensorów w aparatach cyfrowych. Każdy z nich może dawać obraz różnej jakości, ale też każdy z nich może mieć tę samą liczbę pikseli na matrycy, co oznacza, że piksele różnią się rozmiarem w podobnym stopniu co rozmiary całych sensorów.

Naukowcom z projektu AEgIS w CERN ta negatywna cecha sensorów smartfonowych - piksele o rozmiarze rzędu 1 mikrometra - jednakże nie przeszkadza. Za to ogromna rozdzielczość przestrzenna jaką zapewniają takie układy (dziś w telefonach mamy przecież 200 Mpix rozdzielczości aparaty), jest ogromnie przydatna dla rejestracji miejsca anihilacji i ścieżek jakie pozostawiają w otoczeniu produkty unicestwienia materii i antymaterii. Ocena szerokości ścieżek pozwala na przypisanie ich konkretnym cząstkom, protonom lub pionom.

Francesco Guatieri z zespołu badawczego chwali się stworzeniem kamery o największej rozdzielczości w historii. Detektor wykorzystuje 60 sensorów, które zapewniają rozdzielczość obrazów 3840 Mpix. Wynika z tego, że zastosowane sensory mają rozdzielczość 64 Mpix, czyli mniej więcej tyle co najpowszechniej stosowane układy w modułach smartfonowych aparatów. Naukowcy powołują się w pracy na układy Sony IMX219, ale te mają 8 Mpix, więc albo nie wszystkie detale konstrukcji są nam znane, albo w finalnym sensorze zastosowano inne sensory. Poddane zostały one modyfikacji, usunięto warstwy sprzed pikseli (np. filtry), które nie były potrzebne w tym przypadku.

Do czego posłuży kamera ze smartfonowych sensorów?

Zespół AEgIS (Antimatter Experiment: gravity, Interferometry, Spectroscopy) bada zjawisko spadku swobodnego antywodoru (jego jądro stanowi właśnie antyproton) w ziemskim polu grawitacyjnym. Wiązka antycząstek porusza się horyzontalnie, a do rejestracji odchyleń w jej ruchu stosowany jest tak zwany deflektometr mory. Badania są potrzebne dla potwierdzenia zgodności wartości przyśpieszenia grawitacyjnego dla materii i antymaterii. Różnice naruszałyby zasadę słabej równoważności, która jest podstawą Ogólnej Teorii Względności.

Zdolność wykrycia miejsca anihilacji z rozdzielczością rzędu 0,6 mikrometra stanowi 35 krotną poprawę względem wcześniej stosowanych metod. Dotychczas jedynym sposobem były płyty fotograficzne, ale analiza zebranych tak danych była utrudniona. I dlatego skierowano się w stronę technologii stosowanej w życiu codziennym. To przykład, gdy transfer technologii zachodzi w odwrotnym kierunku, ze świata codziennego do świata nauki.

Źródło: CERN, inf. własna