Dodano: 05 październik 2018r.

IFJ PAN prezentuje pierwsze dane z detektora cząstek CREDO zebrane przez smartfony uczestników

W Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie zaprezentowano „pierwsze światło” detektora, czyli pierwsze dane o wartości naukowej, zebrane przez smartfony uczestników projektu z ok. 20 krajów. Projekt CREDO pozwala każdemu z nas, za pomocą swojego smartfona, współtworzyć największy detektor cząstek promieniowania kosmicznego, obejmujący całą planetę.

 

Aplikacja została stworzona w ramach międzynarodowego projektu Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO). Jej inicjatorami i koordynatorami są naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie (IFJ PAN). Badacze współpracują z kolegami z Politechniki Krakowskiej, którzy odpowiadają za nadzór, utrzymanie oraz rozbudowę aplikacji. Za gromadzenie i przetwarzanie danych napływających z całego świata, nie tylko ze smartfonów, odpowiada z kolei Akademickie Centrum Komputerowe CYFRONET Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Projekt jest współfinansowany przez rządy Czech, Węgier, Polski i Słowacji poprzez program Visegrad Grants w ramach International Visegrad Fund (IVF).

Obecnie w IFJ PAN trwa CREDO Week 2018. To całotygodniowy ciąg wykładów, warsztatów i spotkań naukowców i entuzjastów zaangażowanych w budowę ogólnoplanetarnego detektora cząstek promieniowania kosmicznego CREDO. Pierwszą podgrupą detektorów działających w ramach Obserwatorium CREDO są smartfony wyposażone w aplikację CREDO Detector dla systemu Android. Przekształca ona smartfony rozrzucone po całym świecie w jedno urządzenie badawcze o unikatowych możliwościach detekcyjnych. Obecnie, po okresie testów, rozproszona infrastruktura CREDO dojrzała do momentu, w którym stało się możliwe rozpoczęcie wiarygodnych obserwacji. Zaprezentowano już pierwsze dane zebrane w projekcie.

 

- Współczesna nauka stoi przed wyzwaniami o wyjątkowej skali technicznej złożoności. Przy idących w miliardy euro kosztach budowy obecnych akceleratorów i detektorów, nierzadko wznoszonych całe dekady, każdy alternatywny, dobrze przemyślany projekt jest czymś wartym uwagi. Dlatego wraz z partnerami zaangażowaliśmy się w stworzenie CREDO, projektu nie tylko taniego i stosunkowo łatwego w realizacji, ale przede wszystkim mogącego przy społecznym zaangażowaniu dostarczyć wyjątkowych danych o najbardziej fundamentalnych aspektach naszej fizycznej rzeczywistości – powiedział cytowany na stronach internetowych IFJ PAN prof. dr hab. Marek Jeżabek, dyrektor Instytutu.

Jak powiedział dr hab. Piotr Homola (IFJ PAN), kierujący projektem CREDO, we wczesnych testach projektu brało udział kilka tysięcy użytkowników. Zaprezentowane pierwsze dane to z kolei efekt zaangażowania kilkuset pasjonatów nauki z około 20 krajów. - Im więcej nas będzie, tym większa szansa na wartościowe odkrycia – przyznał Homola.

CREDO Detektor nie jest pierwszą tego typu aplikacją stworzoną do detekcji cząstek promieniowania kosmicznego czy radioaktywności lokalnej. Ale jako jedyna bazuje na otwartym, dostępnym dla każdego kodzie. CREDO Detector jest częścią globalnego przedsięwzięcia naukowego poświęconego badaniu praw przyrody na fundamentalnym poziomie.

Po zainstalowaniu aplikacji trzeba zarejestrować się w systemie CREDO. Warto to zrobić podając prawdziwe dane kontaktowe, a to dlatego, że każdy, kto przyczynia się do zbierania danych, ma prawo do współautorstwa publikacji naukowych powstałych w oparciu o te dane. Nie inaczej jest w CREDO: użytkownik, który choć na chwilę uruchomi detekcję cząstek w CREDO Detector, ma prawo do członkostwa w międzynarodowej kolaboracji CREDO oraz do podpisywania jej publikacji swoim nazwiskiem. Program dostępny jest bezpłatnie. Na smartfony z systemem Android można pobrać go z oficjalnego sklepu Google Play czy konta IFJ PAN. 

Nadlatująca z dalekiego kosmosu cząstka promieniowania o energii rzędu największych z obserwowanych we Wszechświecie, inicjuje w ziemskiej atmosferze spektakularne zjawisko: gigantyczną kaskadę cząstek wtórnych, nazywaną wielkim pękiem atmosferycznym. Jedna taka cząstka jest w stanie wytworzyć kaskadę, która może swoimi rozmiarami pokryć powierzchnię dużej aglomeracji.

Skąd pochodzą pierwotne cząstki o tak ekstremalnych energiach, setki milionów razy większych od osiąganych przez protony rozpędzane w akceleratorze LHC? Czy świadczą o rozpadach cząstek ciemnej materii? A może zwiastują zupełnie nową fizykę? Na te pytania współczesnej fizyki może pomóc odpowiedzieć właściwie każdy, kto posiada smartfona z aparatem fotograficznym i zainstaluje na nim aplikację CREDO Detecor.

Cząstki promieniowania kosmicznego może wykryć smartfon. Wystarczy zrobić zdjęcie przy zakrytym obiektywie. Zdjęcie powinno być całkiem czarne, ale gdy w czasie robienia zdjęcia przez detektor kamery przejdzie cząstka promieniowania kosmicznego bądź lokalnego, może pobudzić jego niektóre piksele. Na czarnym tle pojawią się wtedy jaśniejsze piksele. I takie „nieudane” zdjęcia są w kręgu zainteresowania aplikacji CREDO Detector.

Pomiary z użyciem smartfonów polegają na rejestrowaniu i porównywaniu czasów detekcji cząstek. Obecnie przyjmuje się, że wysokoenergetyczne cząstki nadlatujące z kosmosu docierają do Ziemi przypadkowo i w miarę jednorodnie ze wszystkich kierunków. Jednak w 1983 roku sieć detektorów promieniowania kosmicznego w ciągu pięciu minut zaobserwowała nad Manitobą 32 przypadki wielkich pęków atmosferycznych, czyli kaskad cząstek wtórnych zainicjowanych przez wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne oddziałujące z ziemską atmosferą – czytamy na stronach Instytutu.

Badacze z CREDO poszukują podobnych kaskad cząstek w różnych miejscach na Ziemi. Potwierdzenie występowania takich klastrów zdarzeń, na dodatek nieco rozmytych w czasie, mogłoby np. wskazywać, że cząstki o różnych energiach w różny sposób oddziałują z kwantową strukturą czasoprzestrzeni.

- U nas nauka naprawdę dzieje się na żywo, na oczach użytkowników. Co więcej, oni w tym procesie mogą aktywnie uczestniczyć, a nawet korzystając z najświeższych danych mogą prowadzić własne analizy. Dochodzenie do odkryć naukowych wygląda więc u nas trochę jak przygotowywanie pizzy na oczach klienta: nim urzeknie nas końcowy produkt, wszystkie etapy jego przyrządzania widać jak na dłoni – zaznaczył Homola.

Naukowiec dodał, że wykresy zaprezentowane podczas CREDO Week 2018 powstały na podstawie surowych danych. Na niektórych widać pewne odchylenia od jednorodnego rozkładu, jednak z uwagi na małą statystykę mogą to być tylko zwykłe fluktuacje. - Na przełomowe wnioski przyjdzie nam poczekać – wyjaśnił Homola.

Wychwycenie korelacji między zdarzeniami rejestrowanymi przez różne detektory, w tym głównie smartfony, pozwoliłoby zdobyć nowe informacje nie tylko o zdarzeniach zachodzących z udziałem ekstremalnie energetycznych cząstek zwykłej materii, ale być może również o właściwościach cząstek ciemnej materii, naturze kwantowej grawitacji, a potencjalnie nawet o najgłębszej strukturze samej czasoprzestrzeni.

 

Źródło i fot.: IFJ PAN