הפוך את הטלפון הנייד לגלאי חלקיקים קוסמיים

פרופ’ קייל קריימר מאוניברסיטת ניו יורק פיתח אפליקציית Crayfis עושה שימוש בנתוני המצלמה והGPS כדי לאתר חלקיקים אנרגטיים של קרניים קוסמיות. פריסה עולמית של טלפונים המפעילים את האפליקציה תייצר את הגלאי הגדול בעולם של קרינה קוסמית וייסייע למדענים להבין את מקורה. קריימר התראיין לאתר הידען בעת ביקורו בארץ השבוע לכנס מדעי

המונח “מדען-אזרח” (Citizen Scientist) צבר תאוצה בשנים האחרונות, אבל התוכן שלו קיים אולי מראשית ימי האינטרנט – יישומים מדעיים המשתמשים במחשבים השולחניים של המשתמשים הביתיים או אף במשרדים, שממילא נצילותם אינה גבוהה כדי לנתח את אותות הרדיו שהתקבלו מהחלל כדי לאתר ביניהם אולי, אותות ששודרו על ידי יצורים תבוניים.
מאז התחום התפתח וכיום ניתן לספק כוח מיחשוב לחיפוש תרופות חדשות ובשנים האחרונות גם התחילו האזרחים להיותלהיות שותפים פעילים בתהליך המדעי – למשל במיפוי כדור הארץ, או באיתור תצורות במאדים מתצלומים של החלליות המקיפות אותו ושיש צורך בעין אנושית כדי להבחין בפרטים הקטנים. ישנם גם לא מעט יישומים סלולאריים המאפשרים לעשות מדע – רובם אגב, בניתוח של מה שמכונה ביג דטה.

אבל דבר כזה עוד לא היה – הטלפון עצמו משמש כגלאי, של גלים קוסמיים עתירי אנרגיה ונדירים.
פרופ’ קייל קריימר מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת ניו יורק, שבימים כתיקונם עובד ב-CERN בין היתר יחד עם פרופ’ עילם גרוס ממכון ויצמן, שהגיע השבוע לכנס מדעי כאורחו של פרופ’ גרוס, פיתח ביחד עם שניים מעמיתיו יישומון – אפליקציה לטלפונים סלולארים העושה שימוש בחיישן האור של מצלמת המכשיר, בידע על מיקומו ובזמן המדוייק כדי לאתר קרניים קוסמיות עצומות.

הקרינה הקוסמית התגלתה בשנת 1912 בידי האסטרונום ויקטור הס, שגם קיבל על תגליתו את פרס נובל לפיסיקה לשנת 1936. מדובר בקרינה הנושרת עלינו מהחלל, ואולם איננו מקבלים אותה במלוא עוצמתה משום שבדרך כלל החלקיקים הללו פוגעים באטומים ובמולקולות באטמוספירה העליונה, והופכים לגשם של חלקיקים בעלי אנרגיה נמוכה בהרבה מהאנרגיה של החלקיק המקורי שחלקם מגיעים עד לפני הקרקע של כדור הארץ.

לפני כשנה פרסמו מדענים ממצאים המבוססים על נתונים מטלסקופ קרני הגאמא פרמי, ואשר מעידים על כך שמקורם של הקרנים הקוסמיות בעלי האנרגיה הנמוכה הוא סופרנובות. ואולם מקור החלקיקים האנרגטיים במיוחד נותר בגדר מסתורין.
“החלקיק הראשון מהסוג הזה אותר בשנת 1990 וזכה לכינוי “Oh-my-God Particle – חלקיק ההתפעלות, אם תרצו, כפרפאזה על בוזון היגס שכונה “חלקיק האלוהים”. אומר קריימר בראיון לאתר הידען.

“לקרניים הקוסמיות האנרגטיות ביותר יש אנרגיה השקולה לפגיעה של כדור בייסבול הפוגע במהירות של 100 קמ”ש בגלעין של אטום אחד. זו אנרגיה גבוהה בהרבה מזו שמתגלה בגלאים של מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) בסרן, ואולם מצפה פייר אוגר במדבר הארגנטיני המכיל מכלי מים ובתוכם גלאים, שתפקידם לאתר את השפעת הקרניים הקוסמיות על המים, וכך לאחזר את תכונותיהם מגלה חלקיק קרינה כזה אחת לחודש בממוצע, ואולם מדובר באתר ששטחו 3,600 קמ”ר – גודל של מדינה קטנה כלוקסמבורג. הממוצע אגב הוא אחת למאה שנה לקמ”ר. ”

עדיין נותרה פתוחה השאלה מה עשוי להיות אחראי להאצת החלקיקים לאנרגיות כה גבוהות. “זה חייב להיות מקור קרוב, כי אחרת היו מאבדים אנרגיה ומאטים כתוצאה מההתנגשות עם מולקולות הפזורות ביקום ואולם לא אותר עד היום שום מקור שניתן לקשר לחלקיק ספציפי.

כדי לפענח את סודות הקרנים הקוסמיות המסתוריות הללו יהיה צורך בהפעלת ניסוי כזה לתקופת זמן ארוכה, או מערך של חיישנים המפוזר על שטח קרקע גדול בהרבה. המערכים הקיימים היום המכילים התקנים יעילים כמו אוגר אינם יכולים לגדול משמעותית מבלי לייקר את עלותם. ולפיכך היה צורך בחשיבה מחוץ לקופסה.

מסתבר שאפשר כמעט באפס מחיר להפוך את כדור הארץ כולו לטלסקופ לאיתור קרניים קוסמיות. הגלאים נמצאים בכיסו של כל אחד מאיתנו – הטלפונים הסלולאריים.

“הטלפונים הסלולאריים הם מועמדים טובים להפוך לגלאי עולמי של קרניים קוסמיות. הטלפונים בימינו הם גאדג’טי הייטק. חיישן המצלמה דומה מאוד לגלאי הפיקסלים של ניסויי אטלס ו-CMS בסרן, וטווח החישה שלהם כולל גם את תחום אותו מטר קרינה שנוצר לאחר שהחלקיק התנגש באטמוספירה.
בנוסף, במרבית הטלפונים מותקן גלאי GPS שיודע היכן נמצא המשתמש, חיבורי WIFI לאינטרנט ויכולת עיבוד משמעותית, ואולי חשוב מכל – מיליארדי טלפונים כבר נמצאים בשימוש.,

,באוקטובר 2014 פרסם צוות קטן בראשותם של דניאל וייטסון מאוניברסיטת קליפורניה באירוויןן, ומייקל מוהלרן מאוניברסיטת קליפורניה בדייויס, מאמר ובו הצעה להפעיל רשת עולמית של טלפונים חכמים לגילוי הקרינה הקוסמית. המאמר גובה גם בבדיקות מעבדה של מצלמות טלפונים סלולאריים וסימולציות של ממטרי קרינה קוסמית בעלת אנרגיה גבוהה.,

,הממצאים מעידים על כך שאם יהיה לנו מערך פרוש על שטח של אלף קמ”ר שבכל אחד יהיו אלף טלפונים זמן החשיפה יהיה שווה ערך לזה של מצפה פייר אוגר. המאמר זכה לתשומת לב מיידית. בעקבותיו פותחה אפליקציית Crayfis שאליה הצטרפו למעלה מ-50,000 אנשים מרחבי העולם. זאת למרות שגרסאות Crayfis ל-IOS ולאנדרואיד נמצאות בבדיקות בטא. אני הצטרפתי לפרוייקט וסייעתי בפיתוח אפליקצית IOS ואת האתר.

כל מה שצריך הוא לחבר את מכשיר הטלפון למטען (אחרת הפעלת המצלמה זוללת את הסוללה), להניח אותו על השולחן כאשר המצלמה נמצאת בצד הפונה לשולחן ולהשאירו במצב כזה כל הלילה. אם הטלפון סבור שפגעה בו קרינה קוסמית הוא יעלה את הנתונים לשרת Crayfis. לאחר מכן נחפש אילו טלפונים נוספים דיווח על הפגיעה בו זמנית, דבר המעיד על כך שאין מדובר ברעש רקע אלא במטר אמיתי של קרינה קוסמית. כל משתמש מקבל דיווח על מספר החלקיקים שגילה ועוצמתם, ומתקיימת מעין תחרות בין המשתמשים.

“כעת אנו פועלים לשיפור הממשק כדי לעשות אותו יותר ידידותי ומהנה, וכך יוכלו המדענים האזרחים לתרום לידע המדעי , ואנחנו נוכל לעשות מדע גדול, מבלי לשלם על הקמת חיישנים בשווי מאות מיליארדי דולרים, ובפריסה עולמית. ללא ספק זה יהיה הגלאי הגדול בעולם.” מסכם קריימר.

למאמר בבלוג של פרופ’ קריימר

לאתר שבו ניתן להירשם לפרוייקט