تحويل هاتفك المحمول إلى كاشف الجسيمات الكونية

قام البروفيسور كايل كريمر من جامعة نيويورك بتطوير تطبيق Crayfis يستخدم بيانات الكاميرا ونظام تحديد المواقع لتحديد موقع الجسيمات النشطة للأشعة الكونية. سيؤدي النشر العالمي للهواتف التي تشغل التطبيق إلى إنشاء أكبر كاشف للأشعة الكونية في العالم ومساعدة العلماء على فهم أصلها. وأجرى موقع هيدان مقابلة مع كرامر خلال زيارته لإسرائيل هذا الأسبوع لحضور مؤتمر علمي

اكتسب مصطلح "العالم المواطن" زخما في السنوات الأخيرة، لكن محتواه ربما كان موجودا منذ بداية الإنترنت - وهي تطبيقات علمية تستخدم أجهزة الكمبيوتر المكتبية الخاصة بالمستخدمين المنزليين أو حتى المكاتب، والتي ليست فائدتها عالية على أي حال لتحليل الراديو إشارات يتم استقبالها من الفضاء من أجل تحديد مواقعها وربما إشارات تبثها كائنات ذكية.
منذ ذلك الحين تطور المجال وأصبح من الممكن اليوم توفير القدرة الحاسوبية للبحث عن أدوية جديدة، وفي السنوات الأخيرة بدأ المواطنون أيضًا في أن يكونوا شركاء نشطين في العملية العلمية - على سبيل المثال في رسم خرائط الأرض، أو تحديد موقع التكوينات على المريخ من صور المركبات الفضائية التي تحيط به والتي تحتاج إلى عين بشرية لتمييز التفاصيل الصغيرة. هناك أيضًا عدد لا بأس به من تطبيقات الهاتف المحمول التي تتيح القيام بالعلم - معظمها، بالمناسبة، في تحليل ما يسمى بالبيانات الضخمة.

ولكن لم يكن هناك شيء من هذا القبيل بعد - فالهاتف نفسه يستخدم ككاشف للموجات الكونية عالية الطاقة والنادرة.
البروفيسور كايل كرامر من قسم الفيزياء بجامعة نيويورك، والذي يعمل هذه الأيام في CERN مع البروفيسور إيلام جروس من معهد وايزمان، الذي جاء هذا الأسبوع لحضور مؤتمر علمي كضيف للبروفيسور جروس، مع اثنين وقام أحد زملائه بتطوير تطبيق للهواتف المحمولة يستخدم مستشعر ضوء كاميرا الجهاز، مع معرفة موقعه وفي الوقت المحدد لتحديد موقع الأشعة الكونية الهائلة.

تم اكتشاف الإشعاع الكوني عام 1912 على يد عالم الفلك فيكتور هيس، الذي حصل أيضًا على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافه عام 1936. وهو الإشعاع الذي يسقط علينا من الفضاء، ولكننا لا نستقبله بكامل قوته لأن هذه الجسيمات عادة ما تكون تصطدم الذرات والجزيئات في طبقات الجو العليا، فتتحول إلى وابل من الجزيئات النشطة أقل بكثير من طاقة الجسيم الأصلي، والتي يصل بعضها إلى سطح الأرض.

منذ حوالي عام، نشر العلماء نتائج مبنية على بيانات من تلسكوب فيرمي لأشعة غاما، تشير إلى أن أصل الأشعة الكونية منخفضة الطاقة هو المستعرات الأعظم. ومع ذلك، فإن مصدر الجسيمات النشطة بشكل خاص لا يزال لغزا.
"تم اكتشاف الجسيم الأول من هذا النوع في عام 1990 وحصل على لقب "جسيم يا إلهي - جسيم الإعجاب، إذا صح التعبير، كإعادة صياغة لبوزون هيغز المسمى "جسيم الرب". يقول كرامر في مقابلة مع موقع العلوم.

"إن الأشعة الكونية الأكثر نشاطًا لها طاقة تعادل تأثير كرة البيسبول التي تضرب نواة ذرة واحدة بسرعة 100 كم / ساعة. وهي طاقة أعلى بكثير من تلك المكتشفة في كواشف مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في سارن، إلا أن مرصد بيير أوجيه في صحراء الأرجنتين يحتوي على خزانات مياه بداخلها كواشف مهمتها تحديد تأثير الأجسام الكونية. أشعة الشمس على الماء، وبالتالي استرجاع خصائصها، وهذا موقع تبلغ مساحته 3,600 كيلومتر مربع، أي بحجم دولة صغيرة مثل لوكسمبورغ. المتوسط ​​بالمناسبة هو مرة واحدة كل مائة سنة لكل متر مربع. "

ويظل السؤال مفتوحًا حول ما قد يكون مسؤولاً عن تسريع الجسيمات إلى هذه الطاقات العالية. "يجب أن يكون مصدرًا قريبًا، وإلا فإنها ستفقد الطاقة وتتباطأ نتيجة اصطدامها بالجزيئات المنتشرة في الكون، ومع ذلك، لم يتم تحديد موقع أي مصدر يمكن ربطه بجسيم معين حتى الآن.

ولفك أسرار هذه الأشعة الكونية الغامضة، سيكون من الضروري إجراء مثل هذه التجربة لفترة طويلة من الزمن، أو مجموعة من أجهزة الاستشعار المنتشرة على مساحة أكبر بكثير من الأرض. المصفوفات الموجودة اليوم والتي تحتوي على أجهزة فعالة مثل السجل لا يمكن أن تنمو بشكل كبير دون زيادة تكلفتها. ولذلك كان التفكير خارج الصندوق ضروريا.

اتضح أنه من الممكن بتكلفة صفر تقريبًا تحويل الأرض بأكملها إلى تلسكوب لاكتشاف الأشعة الكونية. أجهزة الكشف موجودة في جيب كل واحد منا - الهواتف المحمولة.

"تعد الهواتف المحمولة مرشحًا جيدًا لتصبح كاشفًا عالميًا للأشعة الكونية. الهواتف هذه الأيام هي أدوات عالية التقنية. ويشبه مستشعر الكاميرا إلى حد كبير كاشفات البكسل الخاصة بتجارب Atlas وCMS في سارن، ويشمل نطاق استشعارها أيضًا مجال مقياس الإشعاع نفسه الذي تم إنشاؤه بعد اصطدام الجسيم بالغلاف الجوي.
بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم الهواتف مزودة بكاشف GPS يعرف مكان تواجد المستخدم، واتصالات WIFI بالإنترنت وقدرة معالجة كبيرة، وربما الأهم من ذلك - أن مليارات الهواتف قيد الاستخدام بالفعل.

في أكتوبر 2014، نشر فريق صغير بقيادة دانييل ويتسون من جامعة كاليفورنيا، إيرفاين، ومايكل موهلران من جامعة كاليفورنيا، ديفيس، مقالًا يتضمن اقتراحًا لتشغيل شبكة عالمية من الهواتف الذكية للكشف عن الإشعاع الكوني. تجمع المقالة أيضًا الاختبارات المعملية لكاميرات الهواتف المحمولة ومحاكاة أجهزة قياس الأشعة الكونية عالية الطاقة.

وتشير النتائج إلى أنه إذا كان لدينا مصفوفة منتشرة على مساحة ألف كيلومتر مربع، وسيحتوي كل منها على ألف هاتف، فإن وقت التعرض سيكون معادلاً لزمن مرصد بيير أوجيه. حظيت المقالة باهتمام فوري. وبعده، تم تطوير تطبيق Crayfis، الذي انضم إليه أكثر من 50,000 شخص من جميع أنحاء العالم. هذا على الرغم من أن إصدارات Crayfis لنظامي التشغيل iOS وAndroid لا تزال قيد الاختبار التجريبي. انضممت إلى المشروع وساعدت في تطوير تطبيق IOS والموقع الإلكتروني.

كل ما هو مطلوب هو توصيل الهاتف بالشاحن (وإلا فإن تشغيل الكاميرا يستهلك البطارية)، ووضعه على الطاولة بحيث تكون الكاميرا على الجانب المواجه للطاولة واتركها في هذا الوضع طوال الليل. إذا اعتقد الهاتف أنه تعرض لإشعاع كوني، فسوف يقوم بتحميل البيانات إلى خادم Crayfis. وسنبحث بعد ذلك عن الهواتف الأخرى التي أبلغت عن التأثير في نفس الوقت، مما يشير إلى أن هذا ليس ضجيجًا في الخلفية ولكنه مقياس حقيقي للإشعاع الكوني. ويتلقى كل مستخدم تقريراً عن عدد الجزيئات التي اكتشفها وقوتها، ويحدث نوع من المنافسة بين المستخدمين.

"الآن نعمل على تحسين الواجهة لجعلها أكثر ودية ومتعة، حتى يتمكن العلماء المواطنون من المساهمة في المعرفة العلمية، ويمكننا القيام بعلم عظيم، دون دفع تكاليف إنشاء أجهزة استشعار تبلغ قيمتها مئات المليارات من الدولارات، في نشر عالمي. ومن دون أدنى شك سيكون أكبر كاشف في العالم." يختتم كرامر.

لمقالة مدونة البروفيسور كرامر

إلى الموقع حيث يمكنك التسجيل في المشروع