Оригиналът е на David Schneider В средата на 60-те години

Оригиналът е на David Schneider

В средата на 60-те години на предишния век на носителя на Нобелова премия Луис Алварес му хрумва безумна концепция. Той предлага да употребява мюони – субатомни частици с огромна проникваща мощ, които се основават при попадането на галактическите лъчи в земната атмосфера – за търсене на скрити камери в една от пирамидите в Гиза.

Мюоните са тежките родственици на електроните, които се движат съвсем със скоростта на светлината. Те могат да обхванат на доста метри през твърда канара, в това число през варовиковите и гранитните блокове, употребявани при градежа на пирамидите. Някои от тези мюони обаче ще бъдат погълнати от този компактен материал, което значи, че те могат да бъдат употребявани за „ рентгенова фотография “ на пирамидата, разкриваща нейната вътрешна конструкция. През 1968 година Алварес и сътрудниците му стартират да вършат измервания на мюоните от камера, ситуирана в основата на Хефренската пирамида.

Те не откриват никакви скрити камери, само че удостоверяват опцията за потребление на техника, която назовават мюонна томография. Оттогава физиците я употребяват за разкриване на скрити входни шахти над тунели, за проучване на магмените басейни във вулканите и даже за инспекция на развалените реактори във Фукушима. А през 2017 година мюонните измервания най-сетне разкриха скрита камера в една от пирамидите в Гиза.

Вие също можете да правите сходни опити с съоръжение, което може да бъде направено на правилото Направи си единствено към 100 $.

Въпреки че към този момент има добре документирани планове за евтини мюонни детектори (по-конкретно планът Cosmic Watch на Масачузетския софтуерен институт), взех решение да основа просто и малко по-евтино устройство. Купих два комплекта Гайгерови броячи на цена от единствено $23 за всеки. Въпреки че се назовава „ комплект “, откритата от мен платка в действителност се продава изцяло съединена като се изключи един основен съставен елемент: тръбата на Гайгер-Мюлер (В качеството на GM тръби взех решение да въпреки всичко употребявам тези, които се смятат за най-хубави: съветските СБМ-20 тръби. Много такива тръби-лампи се продават в eBay от продавачи от Украйна, единствено че там цените са високи. Аз съумях да намеря няколко такива тръби от снабдители от Съединени американски щати единствено за $49.

Мюонният детектор употребява две GM тръби [в горната част на изображението], всяка от които е сложена в детекторна платка [долу вдясно]. Двете платки са свързани с микроконтролер Arduino Nano [долу вляво].

„ Защо два комплекта и две тръби? “ – може би ще попитате. Това е по този начин, тъй като GM тръбите реагират освен на мюоните. По-конкретно те се задействат от йонизиращите частици, предавани от радиоактивните субстанции в околната среда, като да вземем за пример продуктите от разпада на радон във въздуха.

Въпреки това не е толкоз мъчно да се разграничат високоенергийните мюони на галактическите лъчи от нискоенергийните частици. Достатъчно е да се приложи така наречен способ на съвпадението: разпознават се единствено случаите, когато двете прилежащи тръби реагират съвсем едновременно; това значи, че една и съща парченце е минала и през двете тръби. Тръбите в моето устройство са разграничени с 25-милиметрови разделители, което понижава вероятността парченце, излъчена от непосредствен радиоактивен разпад, да премине и през двете тръби. Допълнително понижих тази възможност, като сложих пласт оловна пластина сред тръбите, с цел да подобря параметрите.

За да трансформира двойката Гайгерови броячи в детектор на съвпадения, свързах изхода на всяка от платките (странно обозначен като VIN, нормално обозначаващ контакт за входно напрежение!) към безвъзмезден Arduino Nano, програмиран да открива попадение единствено в случай че двете платки го записват в границите на милисекунда. Естествено, това значи, че детекторът може да разпознава единствено мюоните, чиито траектории почти съответстват с равнината, върху която са ситуирани двете Geiger–Müller tube – в този материал просто GM), която открива йонизиращото излъчване.

На схемата са показани контурите на двете тръби, разграничени от слойолово. Червените линии минават през двете тръби и оловото, а зелените линии стопират в една от тръбите или в оловната плоча. Графиката по-долу демонстрира кривата на алената линия от 1,1 мюонни регистрации в минута при зенитен ъгъл 0 градуса до 0 регистрации в минута при зенитен ъгъл 90 градуса. Черните линии изцяло съответстват с алената линия, като се изключи точката покрай 90-те градуса, където те демонстрират поток от мюони от 0,1 регистрации в минута.

GM тръбите се задействат от йонизиращото лъчение, само че за разлика от мюоните на галактическите лъчи (червените частици), множеството земни източници (зелени частици) не са задоволително мощни, с цел да преминат през двете детекторни тръби. Поради обстоятелството, че записваме единствено активиранията, които протичат съвсем по едно и също време, е допустимо да се начертае потокът на мюоните като функционалност на ъгъла от вертикалата. Наблюдаваните данни са доста близки до прогнозния модел.

Беше елементарно да се ревизира дали резултатите в действителност отразяват мюонния поток: просто мерих честотата на регистрациите като функционалност на отклонението на детектора от вертикалата. Потокът на галактическите мюони, падащи отвесно от небето, е по-висок от потока на хоризонтално движещите се мюони. Между тези крайни положения потокът би трябвало да има квадратично-синусоидална взаимозависимост от завъртането на равнината на детектора.

Поставях устройството под разнообразни ъгли от вертикалата и записвах честотата на регистрациите в продължение на най-малко 12 часа. Резултатите следваха напълно ясно предстоящите флуктуации. Така да вземем за пример в изцяло хоризонтално състояние детекторът регистрираше стойност, повече от 10 пъти по-малка от тази, получена във отвесно състояние, само че тя въпреки всичко не беше нулева.

Регистрирането на ненулеви стойности на мюонния поток даже в хоризонтално състояние не е изключително изненадващо. Между две тръби с диаметър 1 cm има разстояние от единствено 2,5 cm, тъй че ъгловата разграничителна дарба на детектора е много необятна (±22 градуса). Това значи, че даже в случай че настроим устройството да открива единствено хоризонталния поток, то безусловно несъмнено ще открие мюоните, падащи под ъгъл до 22 градуса по отношение на хоризонта.

След като сглобих работещия мюонен детектор, взех решение да проучвам Земята (или най-малко дребна част от нея), като се насочих към златната мина Рийд в Мидланд, Северна Каролина – първата комерсиална златна мина в Съединените щати. Прекарах към два часа и половина в мината, като направих пет измервания с дълготрайност 30 минути всяко. Успях с лекост да открия все по-задълбочаващ се скален пласт над главния водоравен тунел на мината. В един миг детекторът ми даже съумя да открие съществуването на отвесна шахта, защото неналичието на канара позволяваше на повече мюони да навлязат в инструмента.

Тези измервания отнемаха доста време, защото са нужни доста регистрации, с цел да се обезпечи задоволителна статистическа акуратност. Това изисква самообладание. Но това не е неприятен метод да се употребява силата на космоса, даже надълбоко подземен!

Под оригинала на истинската публикация има доста мнения:

„ А в случай че се употребяват не две, а три или повече тръби, ъгълът на наблюдаване става доста по-малък или даже ще стане по-лесно, в случай че се усили дистанцията сред тръбите “.

„ Възниква концепцията да се направи серия или матрица от GM тръби, пред която да се сложи една, с цел да се оцени мюонния поток от няколко направления по едно и също време “.

„ Като цяло, потърсете в Гугъл „ мюонен телескоп “ и няма потребност от матрици, две тръби са задоволителни и не е нужна fpga и обработка, една най-ибикновена бързодействаща логичност от най-опростените логичен детайли е задоволителна. А четири тръби стигат за безусловно основаване на изображение пиксел по пиксел на това „ от кое място са по-честите приходи “. Колкото по-голямо е дистанцията сред тръбите – толкоз по-тесен е фокусът на нашия детектор. Между тръбите можем да сложим забавящо звено – бутилка вода, тъй че индиректно да измерваме силата.
Можете да поставите всичко това на преносима механична плоскост… “

Може някой от прочелите този материал да има лична концепция за подобряването на това забавно устройство и за метода на неговото потребление?