Má každý z nás pri sebe niečo, čo denne využíva a pritom nevie, že to môže slúžiť ako vedecký prístroj? Ukazuje sa, že áno.
V astronómii, astrofyzike a predovšetkým v astročasticovej fyzike vedci často zápasia s problémom nedostatočne veľkých detekčných plôch, či už z logistických alebo finančných dôvodov.
Občianska veda
Aj s tým môže pomôcť tzv. citizen science, teda občianska veda – zapojenie verejnosti do vedeckých projektov. Projektov občianskej vedy existuje mnoho a týkajú sa najrôznejších vedeckých oblastí. Práve astročasticová fyzika je však v tomto smere mimoriadne vďačný odbor. Je to najmä preto, lebo pracuje s obrovským množstvom dát, ktoré sú zväčša spracovávané rôznymi analytickými softvérmi. Niekedy si však ľudský um môže všimnúť veci, ktoré tieto softvéry prehliadnu. Ak sa dá dokopy veľké množstvo ľudí, tak je dokonca možné trénovať najrôznejšie algoritmy a ďalej ich zdokonaľovať.
Na tomto nápade je založený aj medzinárodný projekt CREDO (Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory), do ktorého je v súčasnosti zapojených asi 50 výskumníkov z 19 krajín z celého sveta vrátane Slovenska. Ide o mobilnú aplikáciu dostupnú momentálne pre platformu Android, ktorá premení smartfón na detektor častíc sekundárneho kozmického žiarenia.
Toto žiarenie vzniká pri interakcii vysokoenergetických častíc kozmického žiarenia alebo gama žiarenia so zemskou atmosférou, pričom sa vytvárajú spŕšky sekundárnych častíc, ktoré je možné detegovať. V súčasnosti existuje viacero špecializovaných observatórií na ich detekciu. Problém však býva s obmedzenou detekčnou plochou aparatúr.
Celosvetové observatórium
Ukazuje sa, že práve smartfóny môžu poslúžiť ako zástup malých detektorov. Keďže v súčasnosti vlastní smartfón takmer každý (niektorí ich majú aj viacero), bolo by možné perspektívne vytvoriť detektor, ktorý by pokryl veľkú časť Zeme. Samozrejme, za predpokladu, že by sa do projektu zapojilo dostatočné množstvo ľudí.
Aplikácia funguje tak, že kamera smartfónu zaznamenáva obraz prostredníctvom tzv. CCD čipu. Kamery s týmito čipmi sa štandardne využívajú aj pri astronomických prístrojoch. V porovnaní s mobilom sú výrazne väčšie a sofistikovanejšie, princíp je však rovnaký. Keď fotón narazí na takýto čip, vybudí z neho elektrón a tento signál je následne možné spracovávať. Nie sú to však len fotóny, ktoré tento efekt môžu spôsobiť. Pomerne zdatné sú v tomto smere aj nabité subatomárne častice. Spŕšky sekundárnych častíc, ktoré vznikajú pri kolízii, či už častice kozmického žiarenia, alebo aj gama žiarenia s atmosférou, obsahujú aj takéto častice.
Cieľom projektu CREDO je zapojiť používateľov smartfónov do detekcie špecifických častíc – fotónov vzniknutých pri rozpade superhmotných častíc v ranom vesmíre, ilustrácia CREDO.
Viac smartfónov, viac rozumu
Na získaných snímkach z veľkých astronomických teleskopov je okrem samotného signálu z pozorovaného vesmírneho zdroja vo viditeľnom svetle aj veľa dodatočného šumu v podobe svetlých bodov, kde tieto častice narazili na čip. Jednou z prvých vecí, ktoré astrofyzici pri analýze snímok robia, je, že sa tohto dodatočného šumu usilujú zbaviť.
Čo je však pre jedného nechcený šum, môžu byť pre druhého cenné údaje. To je práve zmyslom detektora CREDO. Aplikácia sleduje čip kamery smartfónu v momente, keď je objektív zakrytý a neregistruje svetlo. V prípade, že zachytí záblesk na čipe, je jasné, že zachytil časticu sekundárneho kozmického žiarenia. Informáciu o tom následne pošle do centrálneho servera. Aplikácia zaznamenáva počet detegovaných častíc a celkový čas pozorovania.
Čím viac smartfónov sa do projektu zapojí, tým bude možné lepšie modelovať vznik a vývoj spŕšok v reálnom čase. To môže perspektívne viesť k získaniu zaujímavých informácií o správaní sa častíc kozmického žiarenia pri energetických škálach, ktoré neboli doteraz dobre prebádané. Taktiež to môže potvrdiť alebo vyvrátiť teórie zaoberajúce sa potenciálnym vznikom častíc s mimoriadne vysokými energiami v ranom období existencie vesmíru.
Viac sa o projekte dozviete na stránke https://credo.science/.
Mgr. Patrik Čechvala
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
