A láthatatlan vendégek
Néztél már fel az éjszakai égboltra és eltöprengtél rajta, vajon mi minden zúdul ránk a távoli, viharos kozmikus eseményekből? Az igazság az, hogy sokkal több dolog érkezik felénk, mint hinnéd.
És most jön az, ami tényleg lenyűgöző. E pillanatban, ahogy ezt olvasod, több ezer apró részecske halad át a testeden. Nem látod őket, nem érzed őket, nem hallod őket. Egyszerűen csak ott vannak – csendben száguldanak át mindenen.
Ezeket a részecskéket müonoknak hívják. A kozmikus sugarak hozzák létre őket – vagyis azokat a hihetetlen energiájú részecskéket, amelyeket szupernovák és más kozmikus katasztrófák lőnek ki a világűrbe. Amikor ezek a sugarak a Föld légkörének felső rétegeiben lévő atomoknak ütköznek, műonok keletkeznek. Ezek a részecskék képesek áthaladni a légkörön, a falakon, a sziklákon – és igen, rajtad is – mindenféle kár okozása nélkül.
Elég vad, ugye?
A láthatatlan észlelésének problémája
A tudósok évtizedek óta ismerik a müonokat. És nem csak ismerik – komoly alkalmazásokra is használták őket. 2016-ban például müondetektálási technológiával fedeztek fel egy rejtett folyosót a Gízai Nagy Piramis belsejében. Igen, a világ egyik ókori csodájában egy titkos kamrát találtak kozmikus részecskék segítségével.
De van egy bökkenő. A hagyományos müondetektorok… nos, hogy finoman fogalmazzak, nem épp felhasználóbarát szerkezetek. Olyan elektronikai állványok ezek, amelyek egy kisebb könyvespolc méretét megütik, komoly pénzbe kerülnek, és komoly szakértelmet igényel a működtetésük.
Ez két nagy problémát jelent:
- A kutatók korlátozottak abban, milyen kísérleteket tudnak végrehajtani
- A diákok alig kapnak gyakorlati tapasztalatot ezzel a lenyűgöző fizikával
Nehéz lelkesedni a részecskefizikáért, amikor a felszerelés úgy néz ki, mintha egy nyolcvanas évekbeli számítógépes teremből származna.
Bemutatjuk a CosmicWatch-ot: a kis detektor, ami mindent megváltoztatott
Itt jön a képbe Spencer Axani, a Delaware-i Egyetem fizikaprofesszora, aki úgy döntött, megfordítja a kategóriákat.
Axani és csapata kifejlesztette a CosmicWatch-ot – egy müondetektort, amely nagyjából akkora, mint egy kis állateledeles doboz. És itt jön a lényeg: körülbelül 100 dollárból megépíthető.
A szerkezet gyönyörűen egyszerű. Minden alkalommal felvillan és számol, amikor egy müon áthalad rajta. Az adatokat tárolni lehet, később elemezni. Hordozható, megfizethető – és teljesen megváltoztatta a játékot.
„A CosmicWatch detektorok lehetővé teszik, hogy sokkal több fizikát végezzünk drámaian alacsonyabb költségekkel, kompakt és hordozható formában, megnyitva az ajtót számos új típusú kísérlet és ismeretterjesztési lehetőség előtt." — Spencer Axani
Az Antarktisztól az osztályteremig
A történet még jobb lesz. Axani 2017-ben, még az MIT doktoranduszaként fejlesztette ki az első CosmicWatch-ot. Az eredeti célja? Egy kompakt detektor építése az Antarktiszon található IceCube megfigyelőállomás számára – tudod, az a hatalmas,föld alatti neutrínódetektor, amely egy mérföldnyi jég alatt van eltemetve.
A technológia aztán tovább fejlődött. Axani rájött, hogy ugyanezek az elvek a részecskefizikát mindenki számára elérhetővé tehetik – középiskolás diákoktól kezdve a laikus tudósokig.
Most a Delaware-i Egyetem diákjai maguk szerelik össze ezeket a detektorokat. Megtanulják a nagy sebességű elektronikát, saját kísérleteket terveznek, és valós időben tényleg „láthatják" a kozmikus részecskéket. Hát nem nagyszerű?
Miért számít ez jobban, mint gondolnád
Tudom, mit gondolhatsz most. „Ez szép, de miért kéne érdekeljen?"
Itt van, hogy miért számít ez valójában: a müonok mesélhetnek nekünk a leghatalmasabb kozmikus eseményekről – szupernovákról, gammavillanásokról, blazárokról. Müonokat mérve a tudósok kitalálhatják az eredeti kozmikus sugárzás tulajdonságait: az energiáját, a tömegét, honnan származott.
És itt a legjobb rész: a müonok segítettek megerősíteni Einstein speciális relativitáselméletét! Az 1940-es években ezeknek a részecskéknek a mérése szolgáltatta az egyik első kísérleti bizonyítékot a relativitáselmélet mellett. Nem rossz egy olyan valamiért, amit még csak látni sem lehet.
Mi vár a CosmicWatch-ra?
A legújabb verzió (CosmicWatch 3.0) nemrég jelent meg, és még ügyesebb, mint valaha. Az új detektor képes monitorozni a környezetét, kezelni a magas sugárzási szinteket, és gyorsabban gyűjteni az adatokat.
A kutatók már komoly kísérletekben is használják a CosmicWatch-ot. Nagy léptékű sötét anyag detektorok kalibrálására használják, sőt, olyan kísérletekben is szerepet kap, amelyek a sötét anyagot alkotó rejtélyes részecskéket keresik.
És itt válik igazán izgalmassá: a tudósok egy olyan verzión dolgoznak, amely rakétákon és űrhajókon mérné a kozmikus sugárzást. Elképzelhető, mit fedezhetünk fel egy megfizethető, hordozható részecskedetektorral, ahogy az űrben lebeg?
Mi a lényeg?
Ami igazán megfogott e történetben: évtizedekig a kozmikus részecskék tanulmányozása drága felszerelés és speciális tudás mögé volt zárva. Most egy 100 dolláros, müzlistételkénél is kisebb eszköz demokratizálja a fizikát úgy, ahogyan eddig még nem láttuk.
A következő nagy felfedezés az univerzumunkról egy középiskolás diák garázsában landolhat egy CosmicWatch-szal. És őszintén? Nem fogadnék ellene.