دستگاه ۱۰۰ دلاری که ذرات کیهانی عبوری از بدن شما را آشکار میکند
به گزارش آذرنگارنده: پژوهشگران دانشگاه دلاور دستگاهی جیبی و کمهزینه ساختهاند که میتواند ذرات پرانرژی کیهانی را در زمان واقعی آشکار کند؛ ذراتی که بیصدا و نامرئی از میان بدن ما و محیط اطراف عبور میکنند. این دستگاه که CosmicWatch نام دارد، تنها حدود ۱۰۰ دلار هزینه دارد و به اندازه یک جعبه کوچک است. […]
به گزارش آذرنگارنده:
پژوهشگران دانشگاه دلاور دستگاهی جیبی و کمهزینه ساختهاند که میتواند ذرات پرانرژی کیهانی را در زمان واقعی آشکار کند؛ ذراتی که بیصدا و نامرئی از میان بدن ما و محیط اطراف عبور میکنند.
این دستگاه که CosmicWatch نام دارد، تنها حدود ۱۰۰ دلار هزینه دارد و به اندازه یک جعبه کوچک است. با این حال میتواند ذراتی به نام میون را شناسایی کند؛ ذراتی زیراتمی که از برهمکنش پرتوهای کیهانی با جو زمین بهوجود میآیند. پرتوهای کیهانی معمولاً از رویدادهای بسیار پرانرژی مانند انفجار ستارگان، فورانهای شدید اخترفیزیکی و دیگر پدیدههای دوردست در فضا سرچشمه میگیرند.
وقتی این پرتوها به اتمهای موجود در لایههای بالایی جو برخورد میکنند، زنجیرهای از واکنشها آغاز میشود که در نهایت به تولید میونها میانجامد. این ذرات میتوانند از جو زمین عبور کنند و حتی به زیر سطح زمین برسند.
اسپنسر اکزانی، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه دلاور و سازنده این دستگاه، میگوید هدف او این بوده که فیزیک ذرات را از محیطهای بسیار تخصصی به کلاسهای درس و آزمایشگاههای کوچک بیاورد. CosmicWatch با قطعات الکترونیکی ساده ساخته میشود، داده را ثبت میکند و هنگام عبور هر میون، یک سیگنال نوری تولید میکند.
به گفته اکزانی، این آشکارساز کوچک اکنون فقط یک ابزار آموزشی نیست، بلکه در برخی آزمایشهای بینالمللی اخترفیزیک نیز مورد استفاده قرار میگیرد. اندازه کوچک، قیمت پایین و قابلیت حمل بالا باعث شده است که این دستگاه در مکانهایی به کار رود که استفاده از تجهیزات بزرگ و گرانقیمت ممکن نیست.
میونها برای فیزیکدانان اهمیت زیادی دارند، زیرا از روی آنها میتوان درباره انرژی، جرم و جهت ذره اولیه پرتو کیهانی اطلاعات بهدست آورد. این دادهها به مطالعه پدیدههای极端 کیهانی مانند ابرنواخترها، فورانهای پرتو گاما و بلازارها کمک میکند. همچنین میونها پیشتر در اثبات تجربی برخی جنبههای نظریه نسبیت خاص نیز نقش داشتهاند.
کاربرد این ذرات فقط به اخترفیزیک محدود نمیشود. از آنجا که میونها میتوانند از میان مواد متراکمی مانند سنگ، دیوار و حتی بافت بدن عبور کنند، از آنها برای بررسی درون سازههای بزرگ نیز استفاده میشود. یکی از نمونههای مشهور این فناوری، شناسایی یک راهروی ناشناخته در هرم بزرگ جیزه در سال ۲۰۱۶ بود.
اکزانی این آشکارساز را نخستینبار در سال ۲۰۱۷، زمانی که دانشجوی تحصیلات تکمیلی MIT بود، طراحی کرد. هدف اولیه او ساخت یک آشکارساز کوچک و کممصرف برای رصدخانه IceCube در قطب جنوب بود؛ اما بعدها این طرح به یک ابزار آموزشی و پژوهشی گستردهتر تبدیل شد.
نسخه جدید CosmicWatch که اخیراً منتشر شده، در مقالهای در Journal of Instrumentation معرفی شده و نسبت به نسخههای قبلی بهبودهایی مانند پایش شرایط محیطی، مقاومت در برابر پرتوهای شدید و سرعت بالاتر در جمعآوری دادهها را ارائه میدهد.
این دستگاه اکنون در پروژههایی مانند NuDot در دانشگاه دلاور و نیز آشکارساز ماده تاریک Coherent CAPTAIN-Mills در آزمایشگاه ملی لسآلاموس به کار گرفته میشود. همچنین نسخهای از آن برای اندازهگیری پرتوهای کیهانی اولیه در راکتها و فضاپیماها در حال توسعه است.
در دانشگاه دلاور نیز CosmicWatch بهعنوان ابزاری آموزشی به دانشجویان کمک میکند تا با فیزیک ذرات، هستهای و اخترفیزیک بهصورت عملی آشنا شوند. دانشجویان خودشان دستگاه را میسازند، با الکترونیک پرسرعت کار میکنند و سپس آزمایشهایی را طراحی و اجرا میکنند.
موسوما سرافراز، دانشجوی دکتری و نویسنده اصلی مقاله، نیز با افزودن حسگرهای دما و فشار، از این دستگاه برای بررسی تغییرات پرتوهای کیهانی در لایههای بالایی جو استفاده کرده است. او در ماه مه این آشکارساز را با بالن ارتفاعبالا تا حدود ۱۰۰ هزار پا، نزدیک مرز فضا، بالا فرستاد و توانست تغییر شار پرتوهای کیهانی را با ارتفاع اندازهگیری کند.
به گفته پژوهشگران، CosmicWatch فقط یک ابزار آموزشی نیست؛ بلکه نمونهای از فناوریای است که از کلاس درس آغاز شده و اکنون به پژوهش، کالیبراسیون و حتی کاربردهای فضایی راه یافته است.
منبع:
CosmicWatch: The Desktop Muon Detector (v3X)
Spencer N. Axani, Masooma Sarfraz, Miles Garcia, Collin Owens, Katarzyna Frankiewicz, Janet M. Conrad
Journal of Instrumentation، ۲۲ اکتبر ۲۰۲۵
DOI: 10.1088/1748-0221/20/10/P10040