A fizikusok teljesen új kamerát fejlesztettek a neutrínók és sötét anyag felfedezésére.

Új módja az elemi részecskék regisztrálásának: a nagy méretű detektoroktól egyetlen kameráig

Egy nemzetközi kutatócsoport, amelyet svájci fizikusok vezetnek, bemutatta a neutrínók és sötét anyag felfedezésének forradalmi módszerét. A hagyományos, ezer szegmensre bontott masszív rendszerek helyett egyetlen fénymezőkamerát használtak magas érzékenységű fotonérzékelővel kombinálva. Ez a megközelítés egyszerűbb és gazdaságosabb detektort eredményez, ami felgyorsíthatja a legkifinomultabb részecskék keresését.

Hagyományos neutrínódetektorok
A modern neutrínónyom regisztrálására szolgáló berendezések hatalmas tiszta folyadékhalmazzatokból állnak, amelyeket fotodetektort (fotomultiplexerek) átszivattyúznak. A neutrínók nem lépnek közvetlenül kölcsönhatásba anyaggal a töltés és az alacsony tömeg hiánya miatt, ezért „nyomaik” csak atomok bomlása után láthatóak a folyadékban. Ezeket a detektorokat mesterségesen (például nagy tartályokban) vagy természetesen használhatjuk – például Bajkálban, Antarktiszon vagy a Tengerfenéken. Mindkét esetben a térfogat szektorra bontásra kerül, ami tízezres számú érzékelő használatát eredményezi.

Kompakt megoldások és korlátuk
Laboratóriumi kísérletekhez kompaktabb detektorokat lehet használni, de ezek még mindig megtartják a szektori struktúrát és tucatok ezer csatornával rendelkező optikai szálhálózatot. Ez a sűrűség lehetővé teszi az alatom részecskék útjainak százmilliméteres pontossággal történő rögzítését rövid idő alatt. A neutrínó atomra hat, amelyet kisebb részecskékre bont; ezek nyomait követve visszaépül a „bűnös” esemény.

Az új PLATON technológia
Az ETH Zürich és EPFL kutatói fejlesztették ki a PLATON érzékelőt, amely nem igényel szintillációs anyag szegmensre bontását. Egyetlen térfogaton belül keletkeznek neutrínó bomlási nyomok, amelyeket aztán fotonok rögzítenek. Egy kamera helyettesíti ezer érzékelőt, megőrizve és akár javítva a felbontás képességét.

A PLATON kamera mikro lencse mátrixot használ, amely nem csak a fény intenzitását, hanem irányát is rögzíti. Ez lehetővé teszi a részecske háromdimenziós útjának visszaépítését anélkül, hogy fizikailag szegmensre bontanánk a detektort. A Strontium-90 (elektron) forráson végzett tesztek megerősítették a módszer hatékonyságát.

Felbontás és skálázás
A modellezés azt mutatja, hogy egy 10 × 10 × 10 cm méretű szintillátor esetén a rendszer alacsonyabb mint 1 mm nyomfelbontást ér el. Egy köbméterre (a neutrínó kísérletek szabványos mérete) növelve a pontosság néhány milliméteren belül marad – összehasonlítható a világ legjobb analógjaival, de jelentősen egyszerűbb szerelés mellett.

A képfeldolgozás kulcsszerepét egy Transformer alapú neurális hálózat tölti be, amely hatékonyan kiemeli a hasznos jeleket a szintillációs fotonok „zajából”.

Alkalmazási kilátások
A fejlesztők már három patentet nyújtottak be a PLATON technológia pozitron-émissziós tomográfiában (PET) való alkalmazására. A csapat várja, hogy a további tervezési fejlesztések lehetővé tegyék az alacsony milliméteres felbontást egy köbméteres térfogathoz – új lehetőségeket nyitva a sötét anyag keresésében és a gyógyszerészeti alkalmazásokban.