ابتكر أستاذ الفيزياء في جامعة ديلاوير، سبنسر أكساني، جهازًا محمولًا يمكن أن يسهّل دراسة الجسيمات عالية الطاقة القادمة من النجوم المنفجرة وغيرها من الظواهر الفلكية الشديدة.

عندما تصطدم هذه الأشعة بالذرات في الغلاف الجوي العلوي للأرض، تتكوّن شلالات من الجسيمات الثانوية. يقوم جهاز أكساني، المسمى CosmicWatch، بالكشف عن أحد هذه الجسيمات الثانوية، والتي تُعرف باسم الميونات.

ويبلغ سعر صنع الجهاز حوالي 100 دولار فقط، مما يجعله في متناول العلماء في المؤسسات البحثية وحتى طلاب المدارس الثانوية.

فيزياء أكثر بتكلفة أقل

جهاز CosmicWatch المحمول بحجم صندوق بسكويت الحيوانات تقريبًا. في كل مرة يمر فيها ميون عبره، يضيء الجهاز ويسجل البيانات. وفقًا لبيان صحفي من جامعة ديلاوير، فإن مكونات الجهاز الإلكترونية تكلف حوالي 100 دولار فقط.

صمّم أكساني الجهاز في البداية كأداة تعليمية منخفضة التكلفة، لكن شكله المحمول جعله مفيدًا أيضًا في التجارب الفلكية الدولية. وقال أكساني:

'أجهزة CosmicWatch تتيح لنا إجراء المزيد من التجارب الفيزيائية بتكلفة أقل بكثير، في شكل مدمج ومحمول، مما يفتح الباب أمام أنواع جديدة من التجارب وفرص التوعية.'

دراسة الميونات تكشف أسرار الكون

توفر دراسة الميونات معلومات علمية عن بعض أقوى الظواهر الكونية المعروفة، بما في ذلك انفجارات أشعة غاما والمستعرات العظمى. كما تساعد الميونات العلماء على استنتاج طاقة، وكتلة، واتجاه الأشعة الكونية المنبعثة من هذه الأحداث.

كما يمكن استخدام الميونات لدراسة الأشياء المخفية على الأرض، إذ تمر هذه الجسيمات عبر الأجسام الصلبة دون تأثر. وقد استُخدمت هذه الخاصية في عام 2016 لتصوير ممر مكتشف حديثًا داخل الهرم الأكبر في الجيزة.

تطور جهاز CosmicWatch

عادةً ما تكون أجهزة كشف الميونات كبيرة ومكلفة، مما يجعلها غير متاحة إلا للمؤسسات البحثية. قال أكساني: 'عادةً ما يستخدم مختبر الفيزياء الجامعي جهازًا بحجم رف صغير لقياس الميونات.'

في عام 2017، أثناء دراسته العليا في MIT، طور أكساني CosmicWatch بهدف بناء جهاز صغير منخفض الطاقة لكشف الميونات لاستخدامه في مرصد IceCube في القارة القطبية الجنوبية. وعندما أدرك أنه يمكنه بناء جهاز منخفض التكلفة جدًا، أصبح المشروع برنامجًا للتوعية التعليمية.

منذ انضمامه إلى هيئة تدريس جامعة ديلاوير في 2022، واصل أكساني تطوير CosmicWatch. وقد أصدر مؤخرًا النسخة الثالثة من الجهاز مع ورقة بحثية جديدة توضح التحسينات في مجلة الأدوات العلمية. النسخة الأحدث تجمع البيانات بسرعة، وتستطيع أيضًا مراقبة البيئة المحلية، وتتحمل مستويات عالية من الإشعاع.

والجدير بالذكر أن النسخة الأخيرة من CosmicWatch يتم تعديلها أيضًا لقياس الأشعة الكونية الأولية على متن الصواريخ والمركبات الفضائية. وقد صرّح أكساني أن الآلاف من هذه الأجهزة تم تصنيعها منذ إنشائها، ويأمل أن يساهم ذلك في مشروع علمي عالمي يشارك فيه المواطنون، يساعد في كشف أسرار الكون.