Портативное устройство, изобретённое профессором физики Делавэрского университета Спенсером Аксани, может сделать изучение высокоэнергетических частиц, возникающих при взрыве звёзд и других экстремальных астрофизических явлениях, более доступным.

Когда эти лучи сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы Земли, они создают каскад вторичных частиц. Устройство CosmicWatch компании Axani регистрирует одну из таких вторичных частиц — мюоны.

Устройство стоит всего 100 долларов, а значит, оно доступно как учёным из исследовательских институтов, так и старшеклассникам.

Гораздо больше физики за меньшие деньги

Портативный детектор частиц CosmicWatch размером примерно с коробку крекеров в форме животных. Каждый раз, когда через него проходит мюон, он загорается и записывает данные. Согласно заявлению для прессы Университета Делавэра, он сделан из электронных компонентов, которые стоят примерно 100 долларов.

Изначально компания Axani разрабатывала это устройство как недорогой образовательный инструмент. Однако благодаря портативному форм-фактору оно стало ценным инструментом для международных астрофизических экспериментов.

«Детекторы CosmicWatch позволяют нам проводить гораздо больше физических исследований с гораздо меньшими затратами, в компактном и портативном корпусе, что открывает возможности для множества новых видов экспериментов и просветительской деятельности», — сказал Аксани.

Изучение мюонов позволяет получить научное представление о некоторых из самых экстремальных известных космических явлений, включая гамма-всплески и сверхновые. Мюоны помогают учёным определить энергию, массу и направление космических лучей, испускаемых в результате этих космических событий.

Мюоны также полезны для исследования скрытых объектов на Земле. Эти крошечные частицы могут беспрепятственно проходить сквозь твёрдые объекты. В 2016 году учёные использовали эту способность для получения изображения ранее неизвестного коридора в Великой пирамиде Гизы.

Эволюция CosmicWatch

Мюонные детекторы, как правило, представляют собой большие и дорогостоящие устройства, что делает их недоступными для использования за пределами исследовательских институтов и других научных организаций. 

«В типичной студенческой лаборатории по физике для измерения мюонов используется стойка с электроникой размером с небольшую книжную полку», — пояснил Аксани в своём заявлении.

В 2017 году, будучи аспирантом Массачусетского технологического института, Аксани разработал CosmicWatch с целью создания небольшого мюонного детектора с низким энергопотреблением. Его целью было создать устройство для использования в обсерватории IceCube в Антарктиде. Когда он понял, что может создать очень недорогое устройство, проект стал образовательной программой.

С тех пор как в 2022 году Аксанихас начал преподавать в Делавэрском университете, он продолжает работать над CosmicWatch. Профессор физики недавно выпустил третью версию устройства, а также новую статью с подробным описанием обновлений в Journal of Instrumentation. Новейшая версия быстро собирает данные и может отслеживать состояние окружающей среды, выдерживая при этом высокий уровень радиации.

Впечатляет то, что последняя версия CosmicWatch также модифицирована для измерения первичных космических лучей на борту ракет и космических аппаратов. Аксани также утверждает, что с момента создания устройства были выпущены тысячи таких устройств. Он надеется, что это поможет реализовать глобальный проект «гражданской науки», который может пролить свет на тайны космоса.