^{Оригиналът е на David Schneider}

В средата на 60-те години на миналия век на носителя на Нобелова награда Луис Алварес му хрумва безумна идея. Той предлага да използва мюони – субатомни частици с голяма проникваща сила, които се създават при попадането на космическите лъчи в земната атмосфера – за търсене на скрити камери в една от пирамидите в Гиза.

Мюоните са тежките роднини на електроните, които се движат почти със скоростта на светлината. Те могат да проникнат на много метри през твърда скала, включително през варовиковите и гранитните блокове, използвани при строежа на пирамидите. Някои от тези мюони обаче ще бъдат погълнати от този плътен материал, което означава, че те могат да бъдат използвани за „рентгенова снимка“ на пирамидата, разкриваща нейната вътрешна структура. През 1968 г. Алварес и колегите му започват да правят измервания на мюоните от камера, разположена в основата на Хефренската пирамида.

Те не откриват никакви скрити камери, но потвърждават възможността за използване на техника, която наричат мюонна томография. Оттогава физиците я използват за откриване на скрити входни шахти над тунели, за изучаване на магмените басейни във вулканите и дори за проверка на повредените реактори във Фукушима. А през 2017 г. мюонните измервания най-накрая разкриха скрита камера в една от пирамидите в Гиза.

Вие също можете да извършвате подобни експерименти с оборудване, което може да бъде изработено на принципа Направи си само около 100 долара.

Въпреки че вече има добре документирани проекти за евтини мюонни детектори (по-конкретно проектът Cosmic Watch на Масачузетския технологичен институт), реших да създам просто и малко по-евтино устройство. Купих два комплекта Гайгерови броячи на цена от само $23 за всеки. Въпреки че се нарича „комплект“, откритата от мен платка всъщност се продава напълно сглобена с изключение на един ключов компонент: тръбата на Гайгер-Мюлер (В качеството на GM тръби реших да все пак използвам тези, които се считат за най-добри: руските СБМ-20 тръби. Много такива тръби-лампи се продават в eBay от продавачи от Украйна, само че там цените са високи. Аз успях да намеря няколко такива тръби от доставчици от САЩ само за $49.

„Защо два комплекта и две тръби?“ – може би ще попитате. Това е така, защото GM тръбите реагират не само на мюоните. По-конкретно те се задействат от йонизиращите частици, излъчвани от радиоактивните вещества в околната среда, като например продуктите от разпада на радон във въздуха.

Въпреки това не е толкова трудно да се разграничат високоенергийните мюони на космическите лъчи от нискоенергийните частици. Достатъчно е да се приложи т.нар. метод на съвпадението: идентифицират се само случаите, когато двете съседни тръби реагират почти едновременно; това означава, че една и съща частица е преминала и през двете тръби. Тръбите в моето устройство са разделени с 25-милиметрови разделители, което намалява вероятността частица, излъчена от близък радиоактивен разпад, да премине и през двете тръби. Допълнително намалих тази вероятност, като поставих слой оловна пластина между тръбите, за да подобря параметрите.

За да превърна двойката Гайгерови броячи в детектор на съвпадения, свързах изхода на всяка от платките (странно обозначен като VIN, обикновено обозначаващ контакт за входно напрежение!) към безплатен Arduino Nano, програмиран да открива попадение само ако двете платки го регистрират в рамките на милисекунда. Естествено, това означава, че детекторът може да разпознава само мюоните, чиито траектории приблизително съвпадат с равнината, върху която са разположени двете Geiger–Müller tube – в този материал просто GM), която открива йонизиращото лъчение.

GM тръбите се активират от йонизиращото излъчване, но за разлика от мюоните на космическите лъчи (червените частици), повечето земни източници (зелени частици) не са достатъчно мощни, за да преминат през двете детекторни тръби. Поради факта, че записваме само активиранията, които протичат почти едновременно, е възможно да се начертае потокът на мюоните като функция на ъгъла от вертикалата. Наблюдаваните данни са много близки до прогнозния модел.

Беше лесно да се провери дали резултатите наистина отразяват мюонния поток: просто измерих честотата на регистрациите като функция на отклонението на детектора от вертикалата. Потокът на космическите мюони, падащи вертикално от небето, е по-висок от потока на хоризонтално движещите се мюони. Между тези крайни положения потокът би трябвало да има квадратично-синусоидална зависимост от завъртането на равнината на детектора.

Поставях устройството под различни ъгли от вертикалата и записвах честотата на регистрациите в продължение на поне 12 часа. Резултатите следваха съвсем ясно очакваните флуктуации. Така например в напълно хоризонтално положение детекторът регистрираше стойност, повече от десет пъти по-малка от тази, получена във вертикално положение, но тя все пак не беше нулева.

Регистрирането на ненулеви стойности на мюонния поток дори в хоризонтално положение не е особено изненадващо. Между две тръби с диаметър 1 cm има разстояние от само 2,5 cm, така че ъгловата разделителна способност на детектора е доста широка (±22 градуса). Това означава, че дори ако настроим устройството да открива само хоризонталния поток, то абсолютно сигурно ще открие мюоните, падащи под ъгъл до 22 градуса спрямо хоризонта.

След като сглобих работещия мюонен детектор, реших да изследвам Земята (или поне малка част от нея), като се отправих към златната мина Рийд в Мидланд, Северна Каролина – първата комерсиална златна мина в Съединените щати. Прекарах около два часа и половина в мината, като направих пет измервания с продължителност 30 минути всяко. Успях с лекота да открия все по-задълбочаващ се скален слой над основния хоризонтален тунел на мината. В един момент детекторът ми дори успя да открие наличието на вертикална шахта, тъй като липсата на скала позволяваше на повече мюони да навлязат в инструмента.

Тези измервания отнемаха много време, тъй като са необходими много регистрации, за да се осигури достатъчна статистическа точност. Това изисква търпение. Но това не е лош начин да се използва силата на космоса, дори дълбоко под земята!

---

Под оригинала на оригиналната статия има много коментари:

„А ако се използват не две, а три или повече тръби, ъгълът на наблюдение става много по-малък или дори ще стане по-лесно, ако се увеличи разстоянието между тръбите“.

„Възниква идеята да се направи серия или матрица от GM тръби, пред която да се постави една, за да се оцени мюонния поток от няколко посоки едновременно“.

„Като цяло, потърсете в Google „мюонен телескоп“ и няма нужда от матрици, две тръби са достатъчни и не е необходима fpga и обработка, една най-ибикновена бързодействаща логика от най-опростените логически елементи е достатъчна. А четири тръби стигат за буквално създаване на изображение пиксел по пиксел на това „откъде са по-честите постъпления“. Колкото по-голямо е разстоянието между тръбите – толкова по-тесен е фокусът на нашия детектор. Между тръбите можем да поставим забавящо звено – бутилка вода, така че косвено да измерваме енергията.
Можете да поставите всичко това на подвижна механична плоскост…“

Може някой от прочелите този материал да има собствена идея за подобряването на това интересно устройство и за начина на неговото използване?