Физики из MIT разработали портативный детектор мюонов ценой в $100



    Научное оборудование, предназначенное для работы с элементами микромира, обычно сложное и дорогое. Давно прошли те времена, когда ученый при помощи самодельного аппарата из металла, дерева и бечевы мог сделать фундаментальное открытие. Над созданием некоторых систем работают даже не целые институты, а страны, как это происходило в случае с Большим адронным коллайдером.

    Спрос на научное оборудование растет, поскольку исследователи проводят все больше экспериментов, да и сами эксперименты становятся сложнее. Это актуально для любых направлений науки, включая физику элементарных частиц. Атмосферу Земли пронизывает высокоэнергетическое космическое излучение, испускаемое далекими Сверхновыми и другими астрофизическими объектами. Когда это излучение проникает в атмосферу планеты, частицы высоких энергий распадаются на мюоны — заряженные микрочастицы, масса которых немногим превышает массу электрона.

    Существуют мюоны доли секунды, но их все же можно обнаружить. Некоторые из них могут проходить через скалы или лед, погружаясь на глубину в несколько километров.

    Наблюдение за этими частицами дает науке многое. Но физики далеко не везде и не всегда имеют возможность вести наблюдение. Дело в том, что традиционные детекторы очень громоздки, и перевозить их попросту невозможно. Эту проблему попытались решить ученые из MIT, создавшие портативный детектор мюонов. Устройство состоит из обычных электронных компонентов. Когда мюон проходит через аппарат, тот активируется. Стоимость системы — всего $100, что доступно уже не только институтам, но и отдельным преподавателям или даже студентам.

    Все началось с идеи, возникшей у аспиранта MIT, который предложил создать относительно простое и дешевое устройство для обнаружения мюонов. Спенсер Аксани (Spencer Axan), так зовут аспиранта, нашел единомышленников и приступил к реализации проекта, получившего название CosmicWatch. Как только детектор был готов, участники проекта создали сайт, где и были выложены инструкции по созданию такого устройства. На этом ресурсе показаны все компоненты гаджета, плюс есть подробная информация по сборке системы, ее калибровки и эксплуатации. Согласно подсчетам авторов проекта, на сборку аппарата у обычного человека, не слишком хорошо знакомого с электроникой, может уйти около четырех часов.

    Детектор такого типа может обнаруживать мюоны практически в любых местах, хоть под землей, хоть в стратосфере. Команда проекта уже построила около 100 детекторов, которые были предоставлены школам и колледжам. Кроме того, авторы идеи используют их и в своих целях, ведя наблюдение за мюонами. Делается это не только в лаборатории, но и, например, на станции подземки. В частности, студенты протестировали аппарат в метро Бостона. Цель подземного мониторинга — посмотреть, насколько глубоко частицы могут проникнуть под землю.

    Изначально Аксани хотел создать миниатюрную систему, которая служила бы в качестве вспомогательного инструмента для IceCube — огромного детектора, скрытого подо льдом на Южном Полюсе. Затем коллеги посоветовали аспиранту разработать миниатюрный детектор мюонов, который можно было бы использовать в качестве элемента сети более крупного детектора. То есть речь шла о создании составного детектора из мелких элементов.



    Основная рабочая часть детектора частиц — фотоумножитель. Обычно это довольно массивный элемент, который не слишком подходит для портативного устройства. Стационарные детекторы требуют большого количества энергии, поэтому для них нужны аккумуляторы, тоже немаленькие. Аксани пришлось решать и эту проблему. Третья проблема — цена. Как уже говорилось выше, стоимость научного оборудования обычно высокая, поэтому для массового распространения устройств такого рода устройств они должны быть не слишком дорогими.

    Аспирант обратился за помощью к коллегам, и совместными усилиями им удалось решить все три проблемы. Вместо обычного фотоумножителя в аппарате был использован кремниевый SensL, в качестве управляющего блока ученые взяли Arduino Nano. Корпус был напечатан на 3D принтере. Также была создана кастомная плата, где размещены все электронные компоненты. Размеры получившегося устройства не превышали размер мобильного телефона.

    Наборы деталей были предоставлены студентам Варшавского университета, а также учащимся других институтов и университетов в других странах мира.

    Результаты наблюдений были очень интересными. Как оказалось, на поверхности земли, на уровне моря, мюоны регистрируются каждые две секунды. В самолете — в 50 раз чаще. Под землей — гораздо реже. Сейчас коллеги Аксани рассматривают возможность создания детектора для суборбитальной ракеты.

    Еще один способ применения миниатюрных детекторов — создание системы для мюонной томографии. Эта технология используется для изучения материала, окружающего детектор. Например, это может быть горная порода или строительные материалы (как в случае с пирамидой Хеопса).

    Возможно, карманные мюонные детекторы можно будет использовать для картирования помещений или полостей в горных породах. Если хорошо подумать, то способов применения этой технологии достаточно много. И основа — карманный детектор мюонов, разработанного аспирантом из MTI.
    Поделиться публикацией
    Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

    Зачем оно вам?
    Реклама
    Комментарии 29
    • +3
      А смысл в нем? Поток мюонов на уровне моря более-менее постоянен и давно известен. Объем детектора маленький, чтобы добиться чего-то более полезного, чем занятная игрушка — нужен больший объем. Обработку сигнала с совокупности детекторов тоже не завезли. В целом не вижу у этого девайса никакого применения, кроме демонстрации и факта обладания. Да и там, похоже, не телескоп на совпадениях, а просто кусок пластика — в итоге получается вообще попугаеметр.
      • 0
        Можно использовать в транспорте для определения глубины/высоты. Например на подводных лодках как дублирующий показания прибор.
        • +4

          Ну очевидно же! Дорабатываем проект до "народных погодных станций", раскручиваем, получаем мюонные детекторы в каждом месте, где живут люди — получаем интернет-сервис с данными о мюонных потоках со всего земного шара — получаем прообраз системы "планета-телескоп", дорабатываем сотню лет — летать к звёздам не нужно, так как получаем 360-градусный обзор вселенной со своего чердака.

        • +8
          Arduino — check
          3D-притнер — check
          Блокчейн — not
          Немного подкачали ребята. Не полностью в тренде.

          • +1
            Bluetooth забыли еще
            • +1
              и Wifi, а также облачные вычисления
              • 0
                Хм. Печатаем 100500 штук таких приборов с вайфаем на борту. Продаем. Подключаем к интернету. В инете делаем сайт по обработке показаний по всем проданным приборам. Видим направление потока мюонов относительно Земли, эклиптики и т.д., и его всплески.

                Ах да, выходим на ICO.

                Так будет в тренде?
                • 0
                  Их еще надо синхронизировать по времени с наносекундной точностью, плюс мюоны рождаются в атмосфере, и для определения направления первичной частицы надо знать параметры фронта ШАЛ, а для этого нужно иметь несколько приборов в радиусе нескольких сотен метров. А учитывая малый размер прибора, их потребуется больше, чем просто «несколько»
                  • 0
                    Вы придираетесь. Главное, что мы в тренде.
                    • 0
                      вот это кстати интересно — возможно тот самый момент когда количество перейдёт в качество
                      • 0
                        БИНГО
                        geektimes.ru/post/295773
                        А количество — дело поправимое.
                      • +1
                        Уже нет, для начала надо было стартап с краудфандингом запустить.
                  • 0

                    Разве это тренды? Arduino — это давно обыденность. Да и 3D печать. Вот блокчейн засчитан.

                    • 0
                      ИИ — no check
                      • +1
                        ИИ нейросети — no check
                    • +5
                      Товарищ kvital еще два года назад выкладывал вот такой мюонный телескоп на паре СБМ20
                      image
                      Принцип работы на одновременной регистрации частицы обоими датчиками.
                      Чувствительность на уровне 22измерений в час, но сцинциляторный детектор известно чувствительнее. Но и стоимость баксов 20.

                      Но как отмечает тов. Neuromantix — штука чисто для обладать.
                    • 0
                      Читал про именно этот проект и даже подумывал собрать себе такой еще года полтора назад, если не два. Потому с чистой совестью заявляю: боян!
                      • +1
                        Камера Вильсона поинтереснее для меня будет, тока мороки больше с ней…
                        А студент молодец! Далеко пойдет. Даром что Аксани…
                        • +1
                          Поясните, пожалуйста, принцип работы. Для общего развития.
                          • +1
                            Там внутри стоит кристалл сцинтиллятора размером емнип чуть больше полпачки сигарет. При попадании частиц сцинтиллятор светится, этот свет проходит через фотоумножитель, усиливаясь, регистрируется и обрабатывается.
                            • +1
                              В списке компонентов нет сцинтиллятора, то есть диодная сборка сама принимает сигнал?
                              • +1
                                Он там есть, это в статье не указано. Вообще можете исходную статью почитать, там ничего сложного: arxiv.org/abs/1606.01196
                                • +1
                                  На гитхабе есть список компонентов с ценами и ссылками на продавцов, там сцинтиллятора нет.
                                  И цену они объявили учитывая оптовые цены на сенсоры, один сенсор (6х6мм) на сайте SensL стоит больше 100 долларов.
                                  • 0
                                    Сцинтиллятора там нет потому что они его не покупали, а использовали тот, что был под рукой.
                                    • 0
                                      что то я не нашел там подходящего, за $51 что то не то, а остальное всё трёхзначное
                              • 0

                                Спасибо!

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.