Un dispositivo con risoluzione senza precedenti per fotografare l’antimateria
L'esperimento AEḡIS (Antimatter Experiment: Gravity Interferometry and Spectroscopy), in corso al CERN con la collaborazione del Politecnico di Milano (gruppo di ricerca del Prof. Giovanni Consolati, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali), ha ottenuto un importante risultato, pubblicato sulla rivista Science Advances.
I ricercatori di AEḡIS hanno sviluppato un'idea innovativa per studiare l'antimateria: hanno riutilizzato un sensore CMOS comunemente usato in fotocamere di telefoni cellulari per rilevare le antiparticelle in arrivo. L’uso di questi sensori, con pixel di silicio di dimensioni inferiori a 1 micrometro, ha portato a risultati senza precedenti, stabilendo un nuovo record mondiale di risoluzione spaziale: si è determinata la posizione dell'impatto di antiprotoni sulla superficie del sensore con una precisione di 600 nanometri. Oltre al punto di impatto, il sensore ha dimostrato di essere in grado di rilevare la traiettoria dei frammenti risultanti dall'annichilazione con la più alta risoluzione mai raggiunta finora in un rivelatore a pixel.
L’Optical Photon and Antimatter Imager, che integra 60 sensori Sony IMX686, e alcuni esempi di eventi di annichilazione di antiprotoni
Oltre che nella misura della gravità dell’antimateria, il sensore può avere un impatto significativo sulla comunità più ampia della fisica delle particelle, specialmente in esperimenti dove l'alta risoluzione di posizione è cruciale. È infatti possibile distinguere le diverse tipologie di frammenti delle annichilazioni, frammenti nucleari, particelle alfa, protoni e pioni.
Siccome un singolo sensore non è sufficiente, date le sue ridotte dimensioni, ne sono stati integrati 60 in un singolo dispositivo, l’Optical Photon and Antimatter Imager (OPHANIM), ottenendo il rivelatore fotografico con il maggior numero di pixel attualmente operativo: 3840 Mpixel. Oltre all’altissima risoluzione, questo consente di ottenere una buona superficie di raccolta delle particelle.
Il rivelatore realizzato è l'equivalente elettronico di una lastra fotografica; il nuovo dispositivo raggiunge una risoluzione praticamente equivalente a quella di un’emulsione, ma in modalità elettronica, rendendo quindi i dati immediatamente leggibili.
La tecnologia implementata è molto promettente per un ampio spettro di applicazioni, al di là della rivelazione di antiprotoni, grazie alla sua sensibilità sia alle particelle cariche che alla radiazione elettromagnetica. Infatti ha già dimostrato di poter rivelare radiazione nell’estremo ultravioletto, e si possono facilmente ipotizzare applicazioni nell’imaging biomedico, come pure nella spettroscopia.
Lo studio online
Michael Berghold et al.,
Real-time antiproton annihilation vertexing with submicrometer resolution.
Sci. Adv.11, 1176 (2025).