Smartfony mogą badać promieniowanie kosmiczne

Promieniowanie kosmiczne - fale elektromagnetyczne oraz rozpędzone cząstki -nieustannie bombarduje ziemską atmosferę. Szczególnie tajemnicze są cząsteczki promieniowania o ultrawysokiej energii (UHECR) - powyżej 10 miliardów miliardów elektronowoltów. Niektóre rozpędzone jądra atomowe maję energię jeszcze tysiąc razy wyższą. Odpowiada ona energii ważącej ponad 100 gramów piłki bejsbolowej rozpędzonej do 100 kilometrów na godzinę.

Energie osiągane przez rzadko spotykane cząstki promieniowania kosmicznego dzięki zjawiskom zachodzącym w gwiazdach supernowych i w pobliżu czarnych dziur miliony razy przewyższają to, co ludzie potrafią osiągnąć w akceleratorach.

Gdy UHECR oddziałują z ziemską atmosferą, powstają kaskady cząsteczek wtórnych, o niższej energii. Nazywane są pękami atmosferycznymi (extensive air shower, EAS). Naukowcy obliczyli, że za pomocą detektora o powierzchni jednego kilometra kwadratowego można by wykryć mniej więcej jeden EAS na każde 100 lat. Do dokładnych badań niezbędny byłby obszar badawczy wielkości małego europejskiego kraju.

Naukowcy z rosyjskiego Laboratory of Methods for Big Data Analysis (LAMBDA) National Research University Higher School of Economics udoskonalili własną metodę analizy promieniowania kosmicznego o ultrawysokiej energii (UHECR) za pomocą... telefonów komórkowych. Opracowany przez tamtejszych naukowców algorytm pozwolił tworzyć sieci neuronowe, które można wykorzystać do rejestracji mionów (z których składają się pęki atmosferyczne). Powstające w atmosferze miony to cząsteczki niezwykle przenikliwe – dzięki „prześwietleniu” mionami odkryto nieznane wcześniej pomieszczenia w piramidzie Cheopsa.

Miony poruszają się tak szybko, ze czas ich trwania jest dłuższy niż wynikałoby z teoretycznych wyliczeń. Przy prędkościach bliskich prędkości światła czas spowalnia. Cząstki, które powinny się rozpaść po przebyciu kilkuset metrów, mogą przelecieć nawet kilkadziesiąt kilometrów.

Zamontowane we współczesnych telefonach komórkowych kamery wykorzystują podobną technologię (CMOS), co półprzewodnikowe detektory cząsteczek. Dlatego można za ich pomocą wykrywać miony.

Działające na światłoczułą matrycę kamery cząstki słabo aktywują poszczególne piksele. Zjawisko to trudno odróżnić od szumu i zakłóceń. Biorący udział w eksperymencie ochotnicy zainstalowali odpowiednią aplikację na swoich smartfonach i pozostawili je na noc obiektywem do dołu (aby na matrycę nie padało światło).

Smartfony rejestrowały obrazy z prędkością od 5 do 15 klatek na sekundę i wysyłały uzyskane informacje na serwer.

Z obliczeń naukowców wynika, że sygnały typowe dla promieniowania kosmicznego mogłyby się pojawić raz na ponad 500 zdjęć. Biorąc pod uwagę, że w eksperymencie mogłyby brać udział miliony telefonów, technicznym problemem staje się oddzielenie obrazów ze śladami mionów od wszystkich innych. Do tego właśnie służy zainstalowana na telefonie aplikacja - sieć neuronowa. Najpierw ocenia cały obraz wysokiej rozdzielczości, potem jego najbardziej obiecująca jedną czwartą i tak dalej. Jeśli nic nie wygląda interesująco, analizowany jest kolejny obraz.

Trwają testy wersji beta aplikacji. Chętni mogą przystępować do projektu, rejestrując się na stronie https://crayfis.io/. Jest nadzieja, że dzięki smartfonom poznamy pochodzenie cząstek o ultrawysokiej energii.(PAP)

autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/