في منتصف الستينيات من القرن الماضي ، كان لدى الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل لويس ألفاريز فكرة برية. اقترح استخدام Muons ، التي تخترق الجزيئات دون الذرية التي تم إنشاؤها عندما تضرب أشعة الكونية جو الأرض ، للبحث عن غرف مخفية داخل واحدة من أهرامات الجيزة.
جزيئات Muon هذه هي أبناء عمومة للوزن الثقيل للإلكترونات التي تنتقل بالقرب من سرعة الضوء. يمكنهم اختراق العديد من الأمتار من الصخور الصلبة ، بما في ذلك كتل الحجر الجيري والجرانيت المستخدمة لبناء الأهرامات. ولكن سيتم امتصاص بعض الميون من قبل هذه المادة الكثيفة ، مما يعني أنه يمكن استخدامها “للأشعة السينية” بشكل أساسي هرم ، تكشف عن بنيتها الداخلية. لذلك في عام 1968 ، بدأ ألفاريز وزملاؤه في إجراء قياسات مون من غرفة تقع في قاعدة هرم خافر.
لم يجدوا غرفة مخفية ، لكنهم أكدوا جدوى ما أصبح يسمى التصوير المقطعي. استخدم الفيزيائيون منذ ذلك الحين تقنية لاكتشاف مهاوي الوصول المخفية فوق الأنفاق ، ودراسة غرف الصهارة داخل البركان ، وحتى التحقيق في المفاعلات التالفة في فوكوشيما. وفي عام 2017 ، كشفت قياسات Muon أخيرًا عن غرفة خفية في أحد أهرامات الجيزة – وليس مجرد الهرم الذي اختاره ألفاريز لاستكشافه.
يمكنك أيضًا إجراء تجارب مماثلة مع المعدات التي يمكنك بناء نفسك مقابل 100 دولار أمريكي فقط أو نحو ذلك.
على الرغم من أن بعض التصميمات الموثقة جيدًا متاحة لكاشفات Muon منخفضة التكلفة (على وجه الخصوص ، مشروع المراقبة الكونية من MIT) ، قررت متابعة الأمر الأكثر بساطة وأرخص قليلاً-. لقد اشتريت مجموعتين من Geiger-Counter ، كل منها تكلف 23 دولارًا فقط. على الرغم من أنها تسمى “مجموعة” ، إلا أن هذه اللوحة تأتي في الواقع تم تجميعها بالكامل ناقص المكون الرئيسي: أنبوب Geiger-Müller (أو GM) للكشف عن الإشعاع المؤين. كما يأتي مع عدم وجود وثائق.
لم يكن الافتقار إلى الوثائق مشكلة بمجرد أن أجد مصدرًا جيدًا للحصول على معلومات حول هذا اللوحة – بما في ذلك مؤشر إلى تعليمات قيمة لكيفية ضبط جهد الأنود في الأنبوب.
يستخدم كاشف Muon أنبوبين Geiger-Müller [top]تم إدخال كل منها في لوحة استشعار [bottom right]. يتم توصيل كلا المجالسين بوندوينو نانو [bottom left].جيمس بروفوست
بالنسبة لأنابيب جنرال موتورز ، قررت شراء ما فهمته أن يكون جيدًا: أنابيب SBM-20 الروسية الصنع. يتم إدراج العديد من هذه الأشياء على موقع eBay من قبل البائعين في أوكرانيا ، لكنني تمكنت من الحصول على زوج من هذه الأنابيب من مورد في الولايات المتحدة مقابل 49 دولارًا فقط.
“لماذا مجموعتين وأنببين؟” قد تسأل. ذلك لأن أنابيب GM لا تتفاعل مع Muons فقط. في معظم الأوقات ، يتم تشغيلها بواسطة جزيئات مؤينة تمنعها المواد المشعة في البيئة ، مثل منتجات الابنة من الرادون في الهواء.
إن إثبات أن النتائج تعكس تدفق مونون الكونيات الكوني لم يكن صعبًا.
لتمييز مونون الأشعة الكونية عالية الطاقة عن الجزيئات الأخرى ، ليس من الصعب ، على الرغم من ذلك. فقط قم بتطبيق ما يسميه الفيزيائيون طريقة الصدفة: اكتشف فقط عندما يتم تشغيل أنببين قريبين من الناحية العملية في وقت واحد ، مما يعني أن جسيمًا واحدًا قد تم حوضه عبر كلا الأنابيب. يتم فصل الأنابيب في جهازي بفواصل 25 ملم ، مما يجعل من غير المرجح أن يكون الجسيم القادم من تسوس مشع قريب نشيطًا بدرجة كافية لتمرير كلا الأنابيب. لقد قللت من احتمالية أكثر من خلال وضع طبقة من الرصاص اللاحق لصيد الأسماك بين الأنابيب.
لتحويل الزوج المكدس من عدادات GM إلى كاشف مصادفة ، قمت بتوصيل إخراج كل لوحة (Vin المسمى بشكل غريب ، مما يعني عادةً دبوسًا لإدخال إمدادات الجهد!) إلى نانو Arduino احتياطيًا ، مبرمجًا لتسجيل ضربة فقط فقط عندما يسجل أحد اللوحة عددًا من 1 مللي ثانية من الآخر. بطبيعة الحال ، هذا يعني أن الكاشف يمكن أن يتعرف فقط على المونون مع مسارات محاذاة تقريبًا مع مستوى أنابيب GM بحيث تمر المونون عبر كلا الأنابيب.
يتم تنشيط أنابيب Geiger-Müller عن طريق الإشعاع المؤين ، ولكن على عكس Muons الكونية [red particles]معظم المصادر الأرضية [green particles] ليست قوية بما يكفي للسفر من خلال أنبوبين للكاشف. من خلال تسجيل التنشيطات التي تحدث فقط في وقت واحد تقريبًا ، يمكننا رسم تدفق Muon كدالة للزاوية من العمودي للكاشف ، مع البيانات المرصودة بعد النموذج المتوقع عن كثبجيمس بروفوست
أثبت لنفسي أن النتائج عكست بالفعل تدفق مونون الأشعة الكونية لم يكن صعبًا: لقد قمت فقط بقياس معدل العد كدالة لمدى توجيه الكاشف العمودي. كما ترون ، فإن تدفق مونون الأشعة الكونية القادمة رأسياً من السماء أكبر من تدفق المونون الذي يسافر أفقياً. بين هذه الأحرف القصوى ، يجب أن يكون للتدفق الاعتماد على جيب التمام على الزاوية حيث تدور طائرة الكاشف من العمودي إلى الأفقي.
لذلك ، بدأت في حساب الأحداث مع جهازي الموجهة بزوايا مختلفة من العمودي ، مما يتيح 12 ساعة على الأقل لكل قياس. كانت النتائج متسقة إلى حد كبير مع التباين المتوقع في جيب التمام. على سبيل المثال ، عندما يكون الأفقي تمامًا ، سجل الكاشف قيمة أقل من 10 في المائة من تلك التي تم الحصول عليها عندما تكون رأسية ، لكنها لم تكن صفرًا.
إن الحصول على عدد غير صفري مون حتى عندما لا يكون الأفقي مفاجئًا للغاية. من خلال فصل 2.5 سنتيمتر فقط بين أنابيب قطر 1 سم ، تكون دقة الكاشف الزاوية الخاصة بي واسعة جدًا (± 22 درجة). لذلك حتى عندما قمت بتعيين الوحدة على الشعور بالتدفق الأفقي ، كان من المؤكد أنه يكتشف المونون القادمة من 22 درجة فوق الأفق.
مع وجود كاشف مون يعمل في متناول اليد ، انطلقت للتحقيق في الأرض – أو على الأقل جزء صغير منه – من خلال زيارة منجم القصب الذهبي ، في ميدلاند ، نورث كارولاينا ، أول منجم ذهبي تجاري في الولايات المتحدة. قضيت حوالي ساعتين ونصف في المنجم ، وأجرت خمس قياسات لمدة 30 دقيقة. لقد اكتشفت بسهولة الطبقة الكثيفة من الصخور فوق النفق الأفقي الرئيسي للمنجم. كان الكاشف الخاص بي قادرًا على الشعور بوجود رمح رأسي في بقعة واحدة ، حيث سمح غياب الصخور بمزيد من المونون بالوصول إلي أكثر مما قمت بقياسه في مكان قريب في النفق.
تستغرق هذه القياسات وقتًا طويلاً لأنك تحتاج إلى تجميع عدد كافٍ لتوفير دقة إحصائية معقولة. لذلك ستحتاج إلى الصبر. لكنها ليست طريقة سيئة لتسخير قوة الكون ، حتى تحت الأرض العميقة!
