CERN’de, akıllı telefon kameralarıyla anti-madde avı!

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN)’in Antimadde Merkezi’nde yürütülen AEgIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy) işbirliği, cihanın en ilgi alımlı ve ender fenomenlerinden biri olan antiproton imhasını gözlemlemek için yenilikçi bir teknikle çığır açmaya hazırlanıyor. Bu savlı misyon için Münih Teknik Üniversitesi (TUM) bünyesindeki Profesör Christoph Hugenschmidt liderliğindeki araştırma grubu, şaşırtan bir kaynaktan ilham aldı: Gündelik hayatta kullandığımız cep telefonu kameraları…

Bilim insanları, sıfırdan karmaşık ve kıymetli bir sensör sistemi geliştirmek yerine, mevcut ve hayli gelişmiş bir teknolojiyi ustalıkla adapte etme yolunu seçti. Her biri 64 megapiksel çözünürlüğe sahip tam altmış adet taşınabilir kamera sensörünü titizlikle bir ortaya getirerek OPHANIM (Optical Photon and Antimatter Imager – Optik Foton ve Antimadde Görüntüleyici) ismini verdikleri, toplamda 3,84 gigapiksellik devasa bir görüntüleme sistemi inşa ettiler.

OPHANIM’in temel misyonu, antiprotonların sıradan unsurla temas ettiği o kritik anı yakalamak. Bu çarpışma sonucunda antiprotonlar, karakteristik bir güç parlaması yayarak yok olur. İşte bu kompozit dedektör, tam da bu anlık parlamayı yüksek hassasiyetle gözetleyip görüntüleyerek, antiproton imhasının daha evvel eşi görülmemiş ayrıntıda kaydedilmesini sağlayacak.

Mikron altı çözünürlük gereksinimi ve mikro mühendislik

TUM’daki projenin Baş Araştırmacısı Francesco Guatieri, taşınabilir sensör tercihinin arkasındaki mantığı şöyle açıklıyor: “AEgIS deneyinin başarısı, fevkalâde yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip bir dedektöre bağlı. Taşınabilir kamera sensörlerinin 1 mikrometreden (metrenin milyonda biri) bile daha küçük olan piksel boyutları, tam da bu hassas ölçüm muhtaçlığımızı karşılıyor.”

Ancak bu sensörleri, tasarlanma maksatlarının çok dışındaki bir bilimsel deney ortamına uyarlamak, önemli bir mühendislik hüneri gerektiriyor. Takım, sensörlerin üzerinde bulunan ve standart cep telefonu elektroniğiyle irtibat kurmasını sağlayan ince katmanları çıkarmak için ağır ve hassas bir mikro mühendislik süreci uygulamak zorunda kaldı.

Guatieri’nin tabiriyle, “Cep telefonlarının gelişmiş tümleşik elektroniğiyle ahenk için tasarlanmış sensörlerin birinci katmanlarını dikkatlice soymamız gerekti.” Bu süreç, sensörlerin imha olaylarından kaynaklanan ışık fotonlarını direkt ve aracısız bir biçimde algılayabilmesinin önünü açtı.

“TikTok kameralarından” parçacık fiziğine…

İronik bir biçimde, temel motivasyonu toplumsal medya platformları için görüntü ve fotoğraf çekmek olan bu gelişmiş kamera sensörleri, artık parçacık fiziğinin en temel sorularından birine karşılık aramak için kullanılıyor. OPHANIM dedektörü, araştırmacılara antiproton imha olaylarını yaklaşık 0,6 mikrometre üzere inanılmaz bir çözünürlükle ve olay anında (gerçek vakitli olarak) gözlemleme yeteneği sunuyor. Bu hassasiyet düzeyi, yok olma anında ortaya çıkan farklı atomaltı parçacıkları ve onların yörüngelerini ayırt edebilmek için kritik kıymet taşıyor.

Bu çalışmanın sonuçları ve geliştirilen teknolojinin potansiyeli, sadece antimadde araştırmalarıyla sonlu değil. OPHANIM’in parçacıkları bu kadar yüksek hassasiyetle takip edebilmesi ve bunu yaygın olarak bulunan tüketici elektroniği bileşenleriyle, hasebiyle daha düşük maliyetle başarabilmesi, parçacık izleme gerektiren çok çeşitli bilimsel deneyler için çığır açıcı ve uygun maliyetli bir model sunuyor. Bu proje, mevcut teknolojilerin yaratıcı bir vizyonla nasıl dönüştürülerek bilimin hudutlarını zorlayabileceğinin parlak bir örneğini oluşturuyor.