Το κινητό τηλέφωνο ως ανιχνευτής στοιχειωδών σωματιδίων

Το κινητό τηλέφωνο ως ανιχνευτής στοιχειωδών σωματιδίων

Τα μιόνια, είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που μοιάζουν με το ηλεκτρόνιο αλλά έχουν 200 φορές μεγαλύτερη μάζα. Τα σωματίδια αυτά που έχουν έλαχιστο χρόνο ζωής (2.2 µs), παράγονται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όταν τα σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας συγκρούονται με μόρια αέρα. Οι συγκρούσεις αυτές δημιουργούν μια βροχή μιονίων που φτάνει στο έδαφος με ρυθμό περίπου 10.000 σωματιδίων ανά τετραγωνικό μέτρο ανά λεπτό.

Οι περισσότερες κάμερες των κινητών τηλεφώνων που χρησιμοποιούμε βασίζονται στους αισθητήρες CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor) που μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρικά σήματα. Όμως ταυτόχρονα είναι ευαίσθητοι στην ιονίζουσα ακτινοβολία, κι αυτό μπορεί να τα μετατρέψει σε ανιχνευτές στοιχειωδών σωματιδίων

Όταν ένα μιόνιο περνά μέσα από την κάμερα του τηλεφώνου σας, απελευθερώνει ηλεκτρόνια, όπως ακριβώς γίνεται με τα φωτόνια, και η κάμερα καταγράφει εικονοστοιχεία. Αν καλύψετε τον φακό από το φως και βομβαρδίσετε το τηλέφωνο με δέσμη μιονίων, τότε θα δείτε τα ίχνη τους!

Μπορούμε λοιπόν να χρησιμοποιήσουμε τα κινητά ως ανιχνευτές σωματιδίων, ενώ σε συνδυασμό με τις δυνατότητες επεξεργασίας και δικτύωσης θα μπορούσαν να λειτουργήσουν επιπλέον ως παγκόσμιο δίκτυο ανιχνευτών σωματιδίων των κοσμικών ακτίνων. Ένα τέτοιο δίκτυο θα μπορούσε να μελετήσει την εκτεταμένη ‘βροχή’ των σωματιδίων που προκαλείται στην ατμόσφαιρα από σωματίδια κοσμικών ακτίνων άγνωστης αστροφυσικής προέλευσης.

Οι κοσμικές ακτίνες είναι εξαιρετικά υψηλής ενέργειας σωματίδια – πάνω από 1018 eV – που βομβαρδίζουν την ατμόσφαιρα της Γης. Όταν αυτά τα σωματίδια εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης παράγουν καταιγισμό ροής σωματιδίων, που ανιχνεύονται στην επιφάνεια της Γης. Υπάρχουν τεράστιες εξειδικευμένες εγκαταστάσεις-ανιχνευτές που παρατηρούν τις κοσμικές ακτίνες, εντοπίζοντας σωματίδια με ενέργειες έως 3·1020 eV. Τέτοιες παρατηρήσεις υψηλής ενέργειας είναι σπάνιες και πολύτιμες. Σπάνιες γιατί τα σωματίδια από άγνωστες αστροφυσικές πηγές με ενέργειες πάνω από 1018 GeV, αλληλεπιδρούν με την διάχυτη σε όλο το σύμπαν μικροκυματική κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, και έτσι μειώνεται απότομα η ροή τους στην Γη. Η συγκέντρωση μεγαλύτερων δειγμάτων τέτοιων υπερ-υψηλής ενέργειας σωματιδίων χρησιμοποιώντας παραδοσιακούς μηχανισμούς θα απαιτούσε χρονοβόρες παρατηρήσεις ή μεγαλύτερες εγκαταστάσεις.

Μια παλαιότερη δημοσίευση με τίτλο ‘Observing Ultra-High Energy Cosmic Rays with Smartphones‘, εξέταζε την δυνατότητα υλοποίησης ενός σχεδίου για την χρήση ενός παγκοσμίου δικτύου δισεκατομμυρίων κινητών τηλεφώνων των καταναλωτών για την ανίχνευση κοσμικών σωματιδίων μέσω των αισθητήρων τους CMOS. Ένα τέτοιο παγκόσμιο δίκτυο θα δρούσε συμπληρωματικά στις παρατηρήσεις των ήδη υπαρχουσών εγκαταστάσεων ανίχνευσης κοσμικών ακτίνων. Η ευαισθησία του δικτύου εξαρτάται από τον αριθμό και την πυκνότητα των συμμετεχόντων χρηστών, αλλά και από την απόδοση των τηλεφώνων στην ανίχνευση των μιονίων και των φωτονίων που παράγονται στην ατμόσφαιρα από τα υψηλής ενέργειας σωματίδια των κοσμικών ακτίνων.

Οι συγγραφείς της εν λόγω εργασίας χρησιμοποίησαν ραδιενεργές πηγές για την μέτρηση της απόδοσης των κινητών στην ανίχνευση των φωτονίων. Όσον αφορά τα μιόνια, και απλά απέδειξαν την δυνατότητα ανίχνευσής τους από τα κινητά, χωρίς όμως να κάνουν ακριβή μέτρηση της απόδοσης στην ανίχνευση των μιονίων.

Προχτές, οι ερευνητές Swaney et al κάλυψαν αυτό το κενό, δημοσιεύοντας την εργασία τους με τίτλο ‘Measurement of Smartphone Sensor Efficiency to Cosmic Ray Muons’. Εκεί παρουσιάζονται οι μετρήσεις τους σχετικά με την απόδοση των αισθητήρων CMOS (που διαθέτουν οι κάμερες των κινητών μας), στην ανίχνευση των μιονίων.

Τα αποτελέσματά τους αποδεικνύουν – για πρώτη φορά – ότι τα κινητά τηλέφωνα μπορούν να ανιχνεύσουν τα στοιχειώδη σωματίδια μιόνια με υψηλή απόδοση 70 έως 80%!

 

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: https://arxiv.org/abs/2107.06332

Photo Gallery

Video

Πηγή: https://physicsgg.me/

Share this Post:

ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΗ

Σχόλια