摘要：欧洲核子研究组织 （CERN） 的 AEgIS 合作研究人员设计了一项实验，该实验可能很快就会促进我们对反物质如何受到引力的理解。该方案由慕尼黑工业大学的 Francesco Guatieri 领导的团队创建，使用改进的智能手机相机传感器来提高反物质湮灭测量的

被相机捕捉AEgIS 的顶点检测器集成了 60 个从手机上获取的光传感器。（图片由Andreas Heddergott/TUM提供）

欧洲核子研究组织 （CERN） 的 AEgIS 合作研究人员设计了一项实验，该实验可能很快就会促进我们对反物质如何受到引力的理解。该方案由慕尼黑工业大学的 Francesco Guatieri 领导的团队创建，使用改进的智能手机相机传感器来提高反物质湮灭测量的空间分辨率。这种方法可用于弱等价原则 （WEP） 的严格测试。

WEP 是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的一个关键概念，它支撑着我们对引力的理解。它表明，在引力场中，所有物体都应该以相同的速率加速，无论它们的质量如何，也无论它们是物质还是反物质。因此，如果物质和反物质在自由落体中以不同的速度加速，这将揭示 WEP 的严重问题。

2023 年，欧洲核子研究组织 （CERN） 的 ALPHA-g 实验首次观察到反物质如何响应引力。他们发现它坠落了，反物质的引力响应可能比物质的引力响应弱。今天，有几项实验正在寻求改进这一观察结果。

AEgIS 的方法是创建一个由冷反氢原子组成的水平光束，并观察原子在重力作用下是如何下落的。液滴将通过莫尔条纹偏转仪测量，其中光束穿过两个连续且对齐的水平狭缝网格，然后撞击位置敏感探测器。当光束在网格之间的重力作用下落时，效果类似于网格的轻微水平错位。这会产生莫尔条纹或超晶格，导致颗粒在探测器上形成独特的图案。通过检测测得的莫尔条纹图案与 WEP 预测的莫尔条纹之间的差异，AEgIS 合作希望揭示与广义相对论的差异。

然而，正如 Guatieri 所解释的那样，要实现这一目标，需要进行许多创新。“要使 AEgIS 正常工作，我们需要一个具有极高空间分辨率的探测器。以前，照相底片是唯一的选择，但它们缺乏实时功能。

AEgIS 物理学家正在通过开发一种新的顶点检测器来解决这个问题。他们的方法不是直接聚焦在反粒子上，而是检测反物质在与探测器接触时湮灭时产生的二次粒子。将这些粒子的轨迹追溯到它们的顶点，可以得到湮灭的精确位置。

该团队借鉴工业界，使用一系列经过改进的手机摄像头传感器创建了顶点检测器（见图）。Gautieri 已经使用这种方法以前所未有的精度测量了低能正电子（反电子）的实时位置。

“移动摄像头传感器的像素小于 1 微米，”Guatieri 描述道。“我们不得不去掉传感器的第一层，这些传感器是为了处理手机的先进集成电子设备而制造的。这需要高水平的电子设计和微工程。

通过这些修改，该团队将反质子湮灭的位置测量到仅 0.62 微米以内：使他们的探测器比以前的设计精确了大约 35 倍。

“我们的解决方案经过反质子演示，直接适用于反氢，将照相底片级分辨率、实时诊断、自校准和良好的颗粒收集表面结合在一个设备中，”Gautieri 说。

通过一些进一步的改进，AEgIS 团队相信他们的顶点探测器可以提高水平反氢束自由落体的分辨率——允许对 WEC 进行严格的测试。

意大利特伦托大学的 AEgIS 团队成员 Ruggero Caravita 补充道：“这项改变游戏规则的技术还可以在高位置分辨率至关重要的实验中找到更广泛的应用，或者开发高分辨率跟踪器”。他说：“它非凡的分辨率使我们能够区分不同的湮灭碎片，为材料中低能反粒子湮灭的新研究铺平了道路”。

这项研究在 Science Advances 上进行了介绍。

来源：人工智能学家