Justin Vandenbroucke, con sus teléfonos-detectores. Imagen: Jeff Miller. Fuente: Universidad de Wisconsin-Madison.
La creciente capacidad de los teléfonos inteligentes podría aprovecharse para detectar rayos cósmicos como si fueran un observatorio. Con una simple aplicación, los teléfonos Android, y probablemente otras marcas de teléfonos inteligentes en un futuro no muy lejano, podrán convertirse en detectores para capturar las partículas de luz que se crean cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra.
"Las aplicaciones básicamente transforman el teléfono en un detector de partículas de alta energía", explica Justin Vandenbroucke, profesor asistente de física de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador en el Centro de Astrofísica de Partículas IceCube Wisconsin (Wipac), en la información de la universidad. "Utiliza los mismos principios que los grandes experimentos".
Los rayos cósmicos son partículas energéticas subatómicas creadas, creen los científicos, en aceleradores cósmicos como agujeros negros y estrellas en explosión. Cuando las partículas chocan contra la atmósfera de la Tierra, crean una lluvia de partículas secundarias denominadas muones.
Las cámaras de teléfonos inteligentes utilizan chips de silicio que funcionan a través de lo que se denomina efecto fotoeléctrico, en el que las partículas de luz, o fotones, golpean una superficie de silicio y liberan una carga eléctrica. Lo mismo ocurre con los muones. Cuando un muón golpea el semiconductor de una cámara de smartphone, se libera una carga eléctrica y crea una firma en píxeles que se puede registrar, almacenar y analizar.
Los rayos cósmicos proceden de fuera de nuestro sistema solar y están constantemente bombardeando nuestro planeta. Sus orígenes siguen confundiendo a los astrofísicos dado que las partículas de alta energía que componen los rayos cósmicos viajan grandes distancias y sus trayectorias se curvan a medida que atraviesan los campos magnéticos que abundan en el espacio interestelar. Los rayos cósmicos son comunes y con frecuencia confunden las observaciones astronómicas en busca de otros fenómenos.
La idea detrás del detector de rayos cósmicos de bolsillo es principalmente educativa, señala Vandenbroucke, que se embarcó en el proyecto como estudiante de posgrado en la Universidad de California en Berkeley, por sugerencia de su compañero Kenny Jensen, quien escribió una primera versión de la aplicación.
El proyecto se conoce como DECO -Observatorio de rayos Cósmicos Electrónico y Distribuido-, por sus siglas en inglés. "Yo había estado trabajando en el entorno Android un tiempo y fue una de esas aficiones que acabó dando resultado", reconoce Plewa.
"Las aplicaciones básicamente transforman el teléfono en un detector de partículas de alta energía", explica Justin Vandenbroucke, profesor asistente de física de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador en el Centro de Astrofísica de Partículas IceCube Wisconsin (Wipac), en la información de la universidad. "Utiliza los mismos principios que los grandes experimentos".
Los rayos cósmicos son partículas energéticas subatómicas creadas, creen los científicos, en aceleradores cósmicos como agujeros negros y estrellas en explosión. Cuando las partículas chocan contra la atmósfera de la Tierra, crean una lluvia de partículas secundarias denominadas muones.
Las cámaras de teléfonos inteligentes utilizan chips de silicio que funcionan a través de lo que se denomina efecto fotoeléctrico, en el que las partículas de luz, o fotones, golpean una superficie de silicio y liberan una carga eléctrica. Lo mismo ocurre con los muones. Cuando un muón golpea el semiconductor de una cámara de smartphone, se libera una carga eléctrica y crea una firma en píxeles que se puede registrar, almacenar y analizar.
Los rayos cósmicos proceden de fuera de nuestro sistema solar y están constantemente bombardeando nuestro planeta. Sus orígenes siguen confundiendo a los astrofísicos dado que las partículas de alta energía que componen los rayos cósmicos viajan grandes distancias y sus trayectorias se curvan a medida que atraviesan los campos magnéticos que abundan en el espacio interestelar. Los rayos cósmicos son comunes y con frecuencia confunden las observaciones astronómicas en busca de otros fenómenos.
La idea detrás del detector de rayos cósmicos de bolsillo es principalmente educativa, señala Vandenbroucke, que se embarcó en el proyecto como estudiante de posgrado en la Universidad de California en Berkeley, por sugerencia de su compañero Kenny Jensen, quien escribió una primera versión de la aplicación.
El proyecto se conoce como DECO -Observatorio de rayos Cósmicos Electrónico y Distribuido-, por sus siglas en inglés. "Yo había estado trabajando en el entorno Android un tiempo y fue una de esas aficiones que acabó dando resultado", reconoce Plewa.
Captura de pantalla de DECO, incluido el número de eventos detectados (142). Imagen: Justin Vandenbroucke. Fuente: Universidad de Wisconsin-Madison.
Objetivos
Para ayudar a transformar DECO en una herramienta educativa potente, el grupo de Vandenbroucke en Wipac -con el apoyo financiero de Quarknet, un programa nacional de física de partículas y desarrollo profesional de docentes- planea involucrar a maestros de escuelas secundarias para que desarrollen materiales curriculares en torno al uso de este detector.
Para convertir el teléfono en un detector de rayos cósmicos, explica Vandenbroucke, hay que descargar la aplicación y cubrir la lente de la cámara con cinta adhesiva. El teléfono se puede colocar, con la pantalla hacia arriba, casi en cualquier lugar, incluso en un cajón del escritorio dado que los muones pueden penetrar la materia al igual que los rayos-X. (Se utilizan detectores de muones, por ejemplo, para esbozar características geológicas ocultas y estructuras de interés arqueológico enterradas.)
El teléfono se deja funcionando, y puede ser configurado para grabar imágenes, que luego son analizadass para buscar eventos de partículas. DECO funciona tomando una imagen cada dos segundos. La aplicación analiza la imagen y si suficientes píxeles tienen luz, se registra como un evento. Se pueden registrar tanto huellas de partículas de los rayos cósmicos como de la radiactividad del ambiente.
Los eventos pueden a veces relacionarse con fenómenos cósmicos detectados por otros observatorios y experimentos más sofisticados. La plataforma DECO también incluye una aplicación de registro de datos, que envía la información de cada evento -hora, lugar y observaciones- a una base de datos central.
Para ayudar a transformar DECO en una herramienta educativa potente, el grupo de Vandenbroucke en Wipac -con el apoyo financiero de Quarknet, un programa nacional de física de partículas y desarrollo profesional de docentes- planea involucrar a maestros de escuelas secundarias para que desarrollen materiales curriculares en torno al uso de este detector.
Para convertir el teléfono en un detector de rayos cósmicos, explica Vandenbroucke, hay que descargar la aplicación y cubrir la lente de la cámara con cinta adhesiva. El teléfono se puede colocar, con la pantalla hacia arriba, casi en cualquier lugar, incluso en un cajón del escritorio dado que los muones pueden penetrar la materia al igual que los rayos-X. (Se utilizan detectores de muones, por ejemplo, para esbozar características geológicas ocultas y estructuras de interés arqueológico enterradas.)
El teléfono se deja funcionando, y puede ser configurado para grabar imágenes, que luego son analizadass para buscar eventos de partículas. DECO funciona tomando una imagen cada dos segundos. La aplicación analiza la imagen y si suficientes píxeles tienen luz, se registra como un evento. Se pueden registrar tanto huellas de partículas de los rayos cósmicos como de la radiactividad del ambiente.
Los eventos pueden a veces relacionarse con fenómenos cósmicos detectados por otros observatorios y experimentos más sofisticados. La plataforma DECO también incluye una aplicación de registro de datos, que envía la información de cada evento -hora, lugar y observaciones- a una base de datos central.
Validación
Vandenbroucke validó el detector en vuelos de larga distancia de líneas aéreas comerciales. Los muones son más fácilmente detectables a gran altura.
Es improbable que los detectores de bolsillo superen a los grandes y sofisticados detectores que utilizan los astrofísicos, pero si suficientes personas ponen sus teléfonos móviles inactivos o antiguos a que capturen muones, el proyecto iniciado por Vandenbroucke podría un día convertirse en un proyecto significativo de "ciencia ciudadana".
"Sería muy bueno conseguir que los estudiantes y el público interesado en la recopilación de datos y la comprensión de las partículas, vieran cosas que normalmente no tienen la oportunidad de ver," dice Vandenbroucke.
Predecir el tiempo
Un sistema en red similar es el que propone la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.), que aprovecharía los sensores de presión instalados en algunos smartphones para predecir el tiempo meteorológico.
La aplicación PressureNet se aprovecha de que los nuevos teléfonos incluyen sensores de presión atmosfétrica para estimar la elevación del teléfono y ayudar a identificar su ubicación. Para que sea eficaz requiere que contribuya mucha gente, explica la nota de prensa de la UW.
La presión atmosférica es el peso del aire, y da información sobre lo que está sucediendo, como choques de masas de aire. Un seguimiento preciso de las lecturas y cambios de presión podría ayudar a los meteorólogos a determinar exactamente dónde y cuándo caerá una gran tormenta. Sería especialmente útil en regiones con pocas estaciones de observación meteorológica.
Vandenbroucke validó el detector en vuelos de larga distancia de líneas aéreas comerciales. Los muones son más fácilmente detectables a gran altura.
Es improbable que los detectores de bolsillo superen a los grandes y sofisticados detectores que utilizan los astrofísicos, pero si suficientes personas ponen sus teléfonos móviles inactivos o antiguos a que capturen muones, el proyecto iniciado por Vandenbroucke podría un día convertirse en un proyecto significativo de "ciencia ciudadana".
"Sería muy bueno conseguir que los estudiantes y el público interesado en la recopilación de datos y la comprensión de las partículas, vieran cosas que normalmente no tienen la oportunidad de ver," dice Vandenbroucke.
Predecir el tiempo
Un sistema en red similar es el que propone la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.), que aprovecharía los sensores de presión instalados en algunos smartphones para predecir el tiempo meteorológico.
La aplicación PressureNet se aprovecha de que los nuevos teléfonos incluyen sensores de presión atmosfétrica para estimar la elevación del teléfono y ayudar a identificar su ubicación. Para que sea eficaz requiere que contribuya mucha gente, explica la nota de prensa de la UW.
La presión atmosférica es el peso del aire, y da información sobre lo que está sucediendo, como choques de masas de aire. Un seguimiento preciso de las lecturas y cambios de presión podría ayudar a los meteorólogos a determinar exactamente dónde y cuándo caerá una gran tormenta. Sería especialmente útil en regiones con pocas estaciones de observación meteorológica.