ฟิสิกส์ในการระบาดใหญ่: สร้างอนุภาคจากอวกาศให้จับต้องได้สำหรับเด็กนักเรียน

เด็กประถมและพวกเราที่เหลือก็กำลังถูกพัดพาโดยมิวออน ที่มองไม่เห็นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นญาติที่หนักกว่าของอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยมากกว่า มิวออนเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเมื่อรังสีคอสมิกที่มีพลัง ซึ่งรวมถึงโปรตอนและอนุภาคแอลฟา กระทบชั้นบรรยากาศของเราและก่อให้เกิดอนุภาคจำนวนมากในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ช้าลง ที่ระดับน้ำทะเล มิวออนจะมาถึงในอัตราประมาณหนึ่งต่อตารางเซนติเมตรต่อนาที

จะไม่มีใครสังเกต

เห็นเว้นแต่คุณจะมีอุปกรณ์ที่เหมาะสมในการค้นหาพวกมัน เมื่อ หลายปีก่อน ฉันรู้สึกตื่นเต้นที่ได้อ่านเกี่ยวกับโครงการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ในสหรัฐฯ ที่ประสบความสำเร็จที่ชื่อว่า เริ่มต้นโดยนักฟิสิกส์อนุภาค ช่วยให้ประชาชนทั่วไปสร้างเครื่องตรวจจับมิวออนได้ในราคาต่ำกว่า 100 ดอลลาร์ 

และสังเกตอนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้ด้วยตัวเอง หัวใจของเครื่องตรวจจับคือชิปโฟโตมัลติพลายเออร์ซิลิกอน ซึ่งจะวัดโฟตอนสีน้ำเงินจำนวนน้อยที่ปล่อยออกมาจากเครื่องเผาพลาญพลาสติกทุกครั้งที่มีมิวออนผ่านเข้าไป ด้วยแรงบันดาลใจ ฉันเริ่มสร้างเครื่องตรวจจับมิวออนตามการออกแบบของแต่เมื่อฉันได้

งานหนึ่งแล้ว ฉันต้องการบางอย่างที่จะทำกับมัน การเดินทางไปทำงานที่เบลเยียมด้วยรถไฟยูโรสตาร์ถือเป็นโอกาสหนึ่ง ฉันนำเครื่องตรวจจับติดตัวไปด้วย (น่าแปลกที่ไม่มีการถามเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัย) และแน่นอนว่าเมื่อเราเดินทางผ่านอุโมงค์ช่องแคบระหว่างอังกฤษและฝรั่งเศส 

นั้นสนุกกว่าที่เคยเป็นมา ดังนั้น ฉันจึงติดต่อกับพ่อแม่นักฟิสิกส์อีกคนหนึ่ง ลิซ่า ไอเบอร์สัน ฉันจึงติดต่อกับเคท คุก ผู้สอนวิทยาศาสตร์ที่โรงเรียนประถมโคตันเชิร์ชออฟอิงแลนด์ในเคมบริดจ์เชียร์ที่ลูกชายของฉันเรียนอยู่ เราสามคนร่วมกันสมัครขอรับทุนจากโครงการทุนสนับสนุนโรงเรียนฟิสิกส์ของสถาบัน 

แนวคิดของเราคือการทำงานร่วมกับนักเรียนเพื่อสอนพวกเขาเกี่ยวกับมิวออน ให้พวกเขาออกแบบเครื่องตรวจจับมิวออน และติดตั้งในโรงเรียนในที่สุดในเดือนกรกฎาคม 2019 เรามีความยินดีที่ทราบว่าทุนสนับสนุนของเราประสบความสำเร็จและเริ่มงานจริง เราจัดการประชุมครั้งแรกที่โรงเรียนในเดือนตุลาคม

โดยใช้ปืนฉีดน้ำ

และสไลด์สองสามตัวเพื่อแนะนำตัวเองและมิวออน กับนักเรียนปี 3 และ 4 (อายุ 7-9 ปี) เราวาดภาพอนุภาคที่ลดหลั่นซึ่งเป็นผลมาจากการอาบรังสีคอสมิก ในขณะเดียวกัน เด็กๆ ในวัย 4 และ 5 ขวบ (อายุ 8-10 ปี) มีหน้าที่ดูแลรูปลักษณ์ของเครื่องตรวจจับ เราตัดสินใจร่วมกันว่าควรมีตัวนับมิวออน

และจอแสดงผลที่ฉายแสงสีต่างๆ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมิวออน เราร่วมกันกำหนดพารามิเตอร์ต่างๆ ของจอแสดงผล รวมถึงขนาด สีของแสงแฟลช และจำนวนหลักบนตัวนับ ในที่สุด เราได้พูดคุยกับนักเรียนชั้นปีที่ 6 เกี่ยวกับข้อมูลที่เครื่องตรวจจับจะสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของกราฟแท่ง ที่กินได้ 

และเบื้องหลังเรายุ่งอยู่กับการสั่งซื้อแผงวงจรพิมพ์ การบัดกรีส่วนประกอบ และการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ในเดือนมกราคม 2020 เรากลับไปที่ชั้นปี 4/5 ด้วยต้นแบบสีแดงที่บรรจุอยู่ในกล่องรองเท้า เราได้รับข้อเสนอแนะที่ดี สีแดงไม่ดี มันเหมือนไฟเตือนมากเกินไปและสว่างเกินไป 

ดังนั้นเราจึงหรี่หน้าจอลงและเลือกสีน้ำเงิน สีเขียว และสีเหลืองอำพันตามหลักการประชาธิปไตย นักเรียนยังบอกด้วยว่าเราต้องการสวิตช์เพื่อปิดหน้าจอเมื่อแสงกะพริบรบกวนสมาธิมากเกินไป ในที่สุด เราตัดสินใจที่จะมีตัวเลขแปดหลักในเครื่องตรวจจับเพื่อให้สามารถนับได้ถึง 99,999,999 มิวออน  

ในช่วงเวลาคร่าว ๆ 

ที่นักเรียนใช้ในโรงเรียน (โดยนับทุก ๆ สองวินาที เราคาดว่าประมาณ 15 ล้านครั้งต่อปี) เครื่องบันทึกมีอัตราการเกิดมิวออนน้อยกว่าที่ระดับน้ำทะเล ทะเลและก้นทะเลป้องกันเครื่องตรวจจับน่าเสียดายที่เมื่อเกิดโรคระบาดขึ้น เราไม่สามารถทำงานโดยตรงกับเด็กๆ ต่อไปได้ ในช่วงฤดูร้อนฉันทำงานที่บ้าน

โดยปรับปรุงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องตรวจจับอย่างเงียบๆ อันที่จริง เวลาเดินผ่านหมู่บ้านที่ฉันอาศัยอยู่ ผู้คนมักจะถามฉันว่าเกิดอะไรขึ้นกับโครงการมูออน ฉันจะบอกพวกเขาว่าเราจะกลับไปแก้ไขเมื่อทำได้ และโชคดีที่ภายในเดือนกันยายน 2020 โรงเรียนเปิดอีกครั้ง และเราเริ่มคิดถึงการเปิดสวิตช์

ครั้งสุดท้ายเดิมทีเรานึกภาพการชุมนุมในโรงเรียนที่มีกลุ่มเกเรนับถอยหลังสู่การเปิดเครื่องตรวจจับ เราไม่สามารถทำเช่นนั้นได้ด้วยมาตรการเว้นระยะห่างทางสังคม ดังนั้น เราจึงวางแผนเปิดสวิตช์เสมือนจริงในเดือนธันวาคม 2020 โดยมีนักเรียนตั้งแต่ชั้นปี 4 ถึง 6 ในห้องเรียน Cooke ที่โรงเรียน

มันได้ผล วุ้ย! จากนั้นเราใช้เวลาสองสามนาทีในการเฝ้าดูเครื่องตรวจจับนับได้ถึง 60 ก่อนที่จะเปิดคำถาม และ ว้าว พวกเขาถามคำถามที่ยอดเยี่ยมอะไรอย่างนี้ มูนเดินทางผ่านคอนกรีตสูง 10 เมตรได้อย่างไร? ทำไมพวกมันถึงสลายตัวเป็นอิเล็กตรอน? ถ้าเครื่องตรวจจับมีบริเวณกว้างกว่านี้ 

มันจะนับจำนวนมิวออนมากขึ้นหรือไม่? เครื่องตรวจจับแบบนี้เคยมีมาก่อนหรือไม่? รังสีคอสมิกที่สร้างมิวออนมาจากไหน? โดยรวมแล้วโครงการนี้ประสบความสำเร็จอย่างมาก เรามีส่วนร่วมอย่างยอดเยี่ยมจากนักเรียนที่มีส่วนในการออกแบบเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่สนุกสนาน อันที่จริง การเปิดเครื่องตรวจจับ

แม้ว่าจะเป็นแบบเสมือนจริง แต่ก็น่าตื่นเต้นราวกับว่ามันเกิดขึ้นในโรงเรียน เมื่อมองไปยังอนาคต เราหวังว่าเครื่องจักรแปลกๆ จากปีแปลกๆ นี้จะนับได้ถึง 99,999,999 ครั้งตลอดอายุการใช้งาน และจะยังคงกระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นจากนักเรียนชั้นประถมศึกษาในต่อไปอีกหลายปี ส่วนฉัน เข้าร่วม

เขาอธิบาย “โดยรวมแล้ว การใช้ระบบสร้างภาพสมองแบบพกพา ต้นทุนต่ำ และใช้งานง่าย สามารถทำให้การส่งมอบบริการและทรัพยากรภาพทางการแพทย์ที่สำคัญเป็นประชาธิปไตยได้”จากบ้านของเรา ดังนั้น หลังจากให้นักเรียนทำแบบทดสอบเพื่อเตือนความจำเกี่ยวกับมิวออน เราก็เปิดอุปกรณ์วางแผนที่จะเพิ่มจำนวนโหนดในเครือข่ายอยู่แล้ว เขาจึงพูดว่า “รอคอยที่จะได้เห็นสิ่งที่พวกเขาผลิตต่อไป”

credit: genericcialis-lowest-price.com TheCancerTreatmentsBlog.com artematicaproducciones.com BlogLeonardo.com NexusPheromones-Blog.com playbob.net WorldsLargestLivingLogo.com fathersday2014s.com impec-france.com worldofdekaron.com