Z kosmosu prosto przez Ciebie. Tak, teraz też.
Widziałeś kiedyś nocne niebo i zastanawiałeś się, co dokładnie na nas spada z tych odległych, gwałtownych zjawisk? Mam dla ciebie wiadomość: znacznie więcej, niż ci się wydaje.
I właśnie mnie to zadziwia. W tej chwili, kiedy to czytasz, tysiące maleńkich cząstek z kosmosu przelatuje przez twoje ciało. Nie widzisz ich, nie czujesz, nie słyszysz. Po prostu są — bezszelestnie pędzą przez wszystko.
Te cząstki to miony. Powstają, gdy promieniowanie kosmiczne — niewiarygodnie energetyczne cząstki wyrzucane przez supernowe i inne kosmiczne kataklizmy — uderza w atomy wysoko w ziemskiej atmosferze. Powstały w ten sposób deszcz cząstek zawiera miony, które potrafią przemknąć przez atmosferę, ściany, skały, a nawet przez ciebie, nie wyrządzając żadnych szkód.
Całkiem nieźle, prawda?
Problem z wykrywaniem niewykrywalnego
Naukowcy znają miony od dziesięcioleci. Wykorzystywali je nawet do naprawdę fascynujących zastosowań — jak w 2016 roku, gdy dzięki technologii wykrywania mionów odkryto ukryty korytarz wewnątrz Wielkiej Piramidy w Gizie. Tak, znaleźli sekretny pokój w jednym z starożytnych cudów świata, używając cząstek z kosmosu.
Ale jest pewien szkopuł. Tradycyjne detektory mionów nie należą do najprzyjaźniejszych urządzeń. Mówimy o całych regałach elektroniki wielkości małej biblioteczki, z poważnym budżetem i koniecznością posiadania poważnej wiedzy do obsługi.
To oznacza dwa poważne problemy:
- Badacze są ograniczeni w rodzaju eksperymentów, jakie mogą przeprowadzać
- Studenci rzadko mają okazję do praktycznej pracy z tą fascynującą fizyką
Trudno entuzjazmować się fizyką cząstek, gdy sprzęt wygląda jak eksponat z pracowni komputerowej lat osiemdziesiątych.
CosmicWatch: Malutki detektor, wielkie możliwości
Na scenę wkracza Spencer Axani, profesor fizyki na Uniwersytecie Delaware, który postanowił odwrócić sytuację.
Axani i jego zespół stworzyli CosmicWatch — detektor mionów wielkości mniej więcej pudełka po chrupkach. A najlepsze? Kosztuje około 100 dolarów do zbudowania.
Urządzenie jest zaskakująco proste. Miga i zlicza każdy przelatujący mion. Dane można zapisywać i analizować później. Jest przenośne, niedrogie i kompletnie zmieniło reguły gry.
„Detektory CosmicWatch pozwalają nam przeprowadzać znacznie więcej fizyki przy drastycznie niższych kosztach, w kompaktowej i przenośnej formie, otwierając drzwi do wielu nowych rodzajów eksperymentów i działań popularyzatorskich." — Spencer Axani
Od Antarktyki po szkolną klasę
Historia robi się jeszcze ciekawsza. Axani stworzył CosmicWatch po raz pierwszy w 2017 roku jako student doktorant na MIT. Jego pierwotny cel? Zbudować kompaktowy detektor dla obserwatorium IceCube na Antarktyce — tego olbrzymiego podziemnego detektora neutrin zasypanego pod milą lodu.
Technologia ewoluowała. Axani zdał sobie sprawę, że te same zasady mogą uczynić fizykę cząstek dostępną dla wszystkich — od uczniów szkół średnich po naukowców-amatrów.
Teraz studenci na Uniwersytecie Delaware składają te detektory samodzielnie. Uczą się o szybkiej elektronice, projektują własne eksperymenty i naprawdę „widzą" cząstki kosmiczne w czasie rzeczywistym. Jak to nie jest fascynujące?
Dlaczego to ważniejsze, niż myślisz
Wiem, co możesz teraz pomyśleć: „Fajne, ale dlaczego mam się tym przejmować?"
Oto dlaczego to ma znaczenie: miony mogą opowiedzieć nam o najpotężniejszych zjawiskach we wszechświecie — supernowych, rozbłyskach gamma, blazarach. Mierząc miony, naukowcy mogą określić właściwości pierwotnego promieniowania kosmicznego, w tym jego energię, masę i pochodzenie.
A do tego — miony pomogły potwierdzić szczególną teorię względności Einsteina! W latach czterdziestych pomiary tych cząstek dostarczyły jednego z pierwszych doświadczalnych dowodów teorii względności. Nieźle jak na coś, czego nie sposób zobaczyć gołym okiem.
Co dalej z CosmicWatch?
Najnowsza wersja (CosmicWatch 3.0) właśnie się pojawiła i jest jeszcze bardziej możliwa. Nowy detektor potrafi monitorować otoczenie, radzić sobie z wysokim poziomem promieniowania i zbierać dane szybciej.
Badacze wykorzystują teraz CosmicWatch również w poważnych eksperymentach. Służy do kalibracji dużych detektorów ciemnej materii, a nawet w eksperymentach poszukujących tajemniczych cząstek, które mogą tworzyć ciemną materię.
I tutaj robi się naprawdę ekscytująco: naukowcy pracują nad wersją, która mogłaby mierzyć promieniowanie kosmiczne na pokładach rakiet i statków kosmicznych. Wyobraź sobie, co moglibyśmy odkryć dzięki niedrogemu, przenośnemu detektorowi cząstek pływającemu przez kosmos!
Jaki z tego wniosek?
To właśnie mnie w tej historii porusza. Przez dziesięciolecia badanie cząstek kosmicznych było zamknięte za drogim sprzętem i specjalistyczną wiedzą. Teraz urządzenie za 100 dolarów, mniejsze niż pudełko płatków, demokratyzuje fizykę w sposób, jakiego jeszcze nie widzieliśmy.
Kolejne wielkie odkrycie o naszym wszechświecie może przyjść od ucznia szkoły średniej z CosmicWatch w swoim garażu. I szczerze? Nie stawiałbym przeciwko temu.