A caminhada para compreender a matéria começou com a ideia de “átomo” de Demócrito no século V a.C e a descoberta do eletrão por J.J. Thomson em 1897, mas o desafio de “ver” estas partículas permanece atual, uma vez que elas são invisíveis e deixam apenas rastos ténues. Para ultrapassar esta barreira, investigadores da ETH Zürich desenvolveram o PLATON (PLenoptic imAge of Tracked photONs), um conceito inovador que tem por base um bloco contínuo de material cintilador. Ao contrário dos detetores tradicionais segmentados em milhões de canais eletrónicos caros, o PLATON observa diretamente os flashes de luz através de câmaras plenópticas equipadas com matrizes de micro-lentes, simplificando drasticamente a infraestrutura necessária.
Sabe o que são câmaras plenópticas?
A câmara plenóptica é como se tivéssemos milhares de olhos minúsculos a olhar para o mesmo objeto de ângulos diferentes ao mesmo tempo. Ao juntar o que cada “olho” vê, o computador consegue calcular a distância e a posição correta de tudo o que está à sua frente, o que permite criar uma imagem 3D perfeita em vez de uma fotografia 2D simples
A casa das máquinas do PLATON reside na combinação de câmaras de campo luminoso com sensores de imagem SPAD (Single-Photon Avalanche Diodes), capazes de detetar um único fotão de cada vez. Estes sensores permitem a deteção de fotões individuais com uma resolução temporal de sub-nanossegundos, permitindo reconstruir a origem tridimensional de cada fotão através de técnicas de ray-tracing.
Sobre esta inovação, o coordenador do projeto, Davide Sgalaberna, afirma que “o conceito PLATON representa uma mudança de paradigma na deteção de partículas elementares”, permitindo obter imagens 3D de alta resolução sem a complexidade da segmentação tradicional.
O uso de inteligência artificial avançada para processar a enorme quantidade de dados gerados, é um dos aspetos mais inovadores deste sistema. Os investigadores criaram uma rede neuronal personalizada baseada na arquitetura Transformer, a mesma tecnologia que serve de base aos modelos de linguagem modernos, para capturar ligações espaciais complexas entre os fotões detetados. Esta técnica permitiu atingir uma resolução espacial de 200 micrómetros na reconstrução de eventos, um nível de precisão que valida a eficácia do sistema tanto em protótipos físicos com estrôncio-90 como em simulações de detetores de grande escala.
Que nome estranho é este? Estrôncio-90?
O Estrôncio-90 nada mais é do que um isótopo radioativo que, nesta investigação, serviu como a ferramenta de teste principal, ao fornecer as partículas subatómicas necessárias para os cientistas provarem que o seu novo “olho” tecnológico consegue, de facto, rastrear o movimento invisível da matéria.
A validação experimental com eletrões de baixa energia e a simulação de detetores de neutrinos em escala de toneladas demonstram que o PLATON excede os sistemas de câmaras clássicas em termos de eficiência de reconstrução.
Como observa a equipa de investigação, esta tecnologia abre caminho para detetores mais potentes e versáteis, afirmando que o trabalho “estabelece as bases para uma abordagem inteiramente diferente na deteção de partículas elementares em materiais densos”.
Embora tenha sido criado para a física de alta energia, o impacto do PLATON poderá estender-se a áreas vitais como a medicina. A capacidade de rastreio de partículas em alta resolução e tempo real torna esta tecnologia ideal para melhorar equipamentos de imagiologia médica, como os exames PET, permitindo diagnósticos mais detalhados e precisos.
