Artykuł w Uranii 1/2024 o CREDO

Gratka dla wszystkich CREDO Science - maniaków. W najnowszym numerze Urania - Postępy Astronomii 1/2024 duży artykuł mojego autorstwa o szczegółach projektu. Zachęcam do zapoznania się wszystkich zainteresowanych tematem promieniowania kosmicznego.

1st CREDO Visegard Workshop 2024

Moje wystąpienie z uwagami technicznymi do projektu CREDO, które przedstawiłem na styczniowej konferencji "1st CREDO Visegrad Workshop 2024", która odbyła się w dniach 15–17 stycznia 2024 w IFJ PAN w Krakowie. Wystąpienie jest po angielsku, ale można włączyć napisy z opcją automatycznego tłumaczenia. Z pozostałymi materiałami konferencyjnymi można zapoznać się na kanale YT projektu CREDO.

Wykorzystanie urządzeń z systemem Windows w projekcie CREDO

Od chwili rozpoczęcia udziału w projekcie CREDO, zastanawialiśmy się nad sposobem wykorzystania innych urządzeń niż telefon komórkowy działający pod systemem Android, do rejestracji śladów cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego. Co prawda smartfon jest tanim i niskokosztowym rozwiązaniem, zarówno w zakupie jak i eksploatacji, ale ciekawym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie powszechnie używanych laptopów, tabletów i komputerów PC wyposażonych w kamerki CMOS, pracujących pod kontrolą systemu Windows. Takie urządzenia nie musiałyby pracować w sposób ciągły, ale np. wspomóc proces rejestracji cząstek podczas normalnej pracy w warunkach domowych, bez zbytniego obciążania systemu. Jest u pewna analogia z projektem BOINC, który wykorzystuje niewykorzystaną moc obliczeniową PC do prowadzenia rozproszonych obliczeń naukowych w czasie, gdy nie wykorzystujemy znacząco zasobów komputera.

Co prawda na platformie GITHUB znajdują się źródła do wykorzystania aplikacji CREDO Detector pod Windowsem, ale są dosyć stare, dawno nie aktualizowane i wymagają pewnej znajomości środowiska Python.

Kolega Zbigniew Jankowski z lubelskiego Oddziału PTMA przetestował inną możliwość uruchomienia aplikacji CREDO Detector pod Windowsem - wykorzystał w tym celu emulator Androida działający pod Windowsem, umożliwiający natywne uruchamianie aplikacji ze sklepu Google Play. Poniżej przedstawiam krótką instrukcję sporządzoną przez Zbyszka dla zainteresowanych "credomaniaków".

Okazuje się, że można uruchomić CREDO Detector na laptopie. Są dostępne maszyny androida na system Windows, np. BLUESTACKS. Wchodzimy na bluestacks.com i pobieramy:

Pobiera się BlueStacks Installer o nazwie np. (zależna od aktualnej wersji):

BlueStacks10Installer_10.0.3.1002_native_9d445045f3dddca633e74ff1b0bf1f74_MDs1LDM7MTUsMTsxNSw0OzE1.exe

Trzeba ten program uruchomić, potwierdzić uruchomienie w systemie Windows. Po instalacji uruchamia się platforma gier z możliwością pobrania aplikacji z Google Play:

Wyszukujemy Credo Detector:

Klikamy i Credo Detector się instaluje. Po instalacji znajduje się w „Moich grach” (serduszko z lewej strony):

Uruchamiamy i mamy detektor na laptopie:

Oczywiście trzeba zakleić kamerę, zalogować się na konto CREDO, poeksperymentować z ustawieniami. U mnie działa 😉

Zbyszek Jankowski

Jak widać na załączonym zrzucie ekranu, aplikacja działa i zlicza zdarzenia na koncie użytkownika, które następnie są przekazywane na serwery CREDO. Gorąco zachęcam do eksperymentowania.

Pytania i odpowiedzi do projektu CREDO, zamieszczone na portalu Astropolis.pl

W związku z dużym zainteresowaniem internautów udziałem w projekcie CREDO, poniżej prezentuję fragment dyskusji o pewnych aspektach eksploatacji detektorów, które pojawiły się po opublikowaniu programu Astronarium #155. Dziękuję kolegom z Astropolis.pl za ciekawe pytania i przemyślenia, na które w miarę możliwości mogłem odpowiedzieć.

Nie boisz się zostawiać ładujących się telefonów bez nadzoru? 

Jeśli ktoś ma obawy co do bezpiecznego użytkowania baterii w telefonie komórkowym, polecam aplikację (wymaga root'a)  Battery Charge Limit, która pozwala na sterowanie procesem ładowania telefonu stale podłączonego do ładowarki. Wątpliwości co do bezpiecznego ładowania telefonu są wyjaśnione na stronie Battery University.

Tak jak we wszystkich projektach, tak i w tym należy zachować zdrowy rozsądek i zminimalizować ryzyko szczątkowe.

W Astronarium #155 była wzmianka o detektorze pro na USB. Znalazłem też informacje w Internecie o detektorach CosmicWatch które, np. placówki oświaty mogą wypożyczyć.

W projekcie CREDO najpowszechniej wykorzystywane są telefony komórkowe -  z uwagi na łatwość wykorzystania i użytkowania ten sposób udziału w projekcie jest preferowany. CREDO-MAZE to scyntylator optyczny, ale obecnie planowany jest tylko do instalacji u użytkowników instytucjonalnych (szkoły). Wszystko zależy od min. warunków związanych z  finansowaniem danego projektu. 

Na Githubie projektu mamy źródła aplikacji Credo detektor dla różnych platform (win, Linux, iOS, Raspberry, Android powyżej 9.0) - niestety z uwagi na brak środków i  programistów na razie nie są rozwijane. Najbardziej perspektywiczny byłby projekt na bazie Raspberry - odpadają wszelkie problemy z zasilaniem i akumulatorami telefonów, można by podpiąć kilka kamer lub innych detektorów optycznych, itp. 

Co do innych projektów - w Internecie jest dużo informacji na ten temat, ale najczęściej są to detektory które trzeba kupić lub zbudować - nie są już tak atrakcyjne i proste jak wykorzystanie zwykłego telefonu. Szkoły biorące udział w aktualnym konkursie "Łowcy cząstek"  angażują po ok. 60 uczniów - to dużo jeśli chodzi o jednorazowy udział w projekcie nauki społecznościowej. I to dzięki temu, że nakłady finansowe na udział w projekcie są minimalne - stary telefon i parę złotych miesięcznie za energię el. 

Jeśli ktoś jest chętny do pomocy i ma smykałkę do programowania, to zapraszam do przejrzenia zasobów na Githubie projektu, albo do bezpośredniego kontaktu ze Sławomirem Stuglikiem z IFJ PAN, który odpowiada za stronę IT projektu.

Rozumiem, że w teorii im większa powierzchnia detektora tym lepiej, bo złapie więcej cząstek. Gdyby wykorzystać do tego celu kamerę CMOS, taką do astrofotografii? Odpada kwestia wymiany/bezpieczeństwa baterii. Płytki chłodzącej itp.

Powierzchnia detektora ma oczywiście znaczenie - chociaż z punktu widzenia samego eksperymentu, aby wykrywać wielkie pęki atmosferyczne cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego, dobrze jest posiadać sieć detektorów w miarę równo i gęsto rozmieszczonych na powierzchni całej planety. Mając położenie z GPS, azymut z kompasu i czas z zegara atomowego (GPS lub operator), na podstawie milisekundowych różnic w czasie dotarcia czoła fali cząstek do detektorów, można pokusić się o oszacowanie kwadrantu nieba, w którym powstał pęk - i przeszukać niebo przy pomocy kamer i detektorów pracujących w innych pasmach promieniowania EM lub sprawdzić stacje rejestrujące cząstki.

Rejestrowaliśmy wielokrotnie ślady na kamerach astro lub typu all-sky - oczywiście darki (klatki kalibracyjne) usuwają później te śmieci. Mogą być zresztą słabo widoczne, bo to tylko kilka pikseli. Natomiast aby wykorzystać kamerę astro lub jakąkolwiek inną w  CREDO, trzeba podłączyć ją do czegoś, co obsługuje aplikację Credo detector na androidzie i ma jeszcze w systemie  sterowniki - więc z tym jest problem.  Jak pisałem wyżej, docelowo dla zaawansowanych użytkowników, najlepsza byłaby stacja na Raspberry z kilkoma kamerami. Laptop/tablet/miniPC na Windowsie + kamera/kamery, ze względu na koszty, mija się z celem - popularne telefony Galaxy Ace 4 są w cenie 100-150zł.

Jest dużo projektów DYI, pozwalających zbudować samodzielnie  niskim kosztem detektor mionów, taki jak np. na Phys Open Lab, ale trzeba by uzyskane dane później  "pożenić" z serwerami  CREDO.

Używany Canon 300d ma powierzchnię detekcji 10x większą niż 1 telefon. Ile kosztuje? Niewiele. Moim zdaniem powierzchnia detektora ma kluczowe znaczenie. 

Oczywiście wielkość detektora będzie miała zasadnicze znaczenie dla statystyki rejestracji. Dane naukowe pokazują, że na powierzchnię Ziemi trafia stały strumień ok. 200 mionów na 1 m kw. na sekundę. Przyjmując średnio powierzchnię matrycy CMOS w komórce ok. 10 mm kw, otrzymujemy grube przybliżenie 172 rejestrację na dobę, co odpowiada mniej więcej rzeczywistości (bez wdawania się w głębsze rozważania na temat oddziaływania cząsteczkowego, modelu pasmowego pp, energii wzbudzenia i innych efektów kwantowych fizyki ciała stałego).

Matryca APS-C o powierzchni 40 razy większej powinna rejestrować proporcjonalnie więcej zdarzeń. Jednak często przeglądając  dane z moich komórek pracujących w projekcie  CREDO, tylko kilka razy zdarzyło się, że ślady z sąsiednich, leżących obok siebie komórek, zostały zarejestrowane w odstępie kilku milisekund. Zapewne przypadkowa koincydencja - przyjmuje się w literaturze, że wielki pęk atmosferyczny o zasięgu planetarnym, wzbudzony cząstką o bardzo wysokiej energii, zdarza się raz na rok. 

Tak więc wszystko przed nami - a im więcej uczestników w projekcie, tym większa szansa na zarejestrowanie wielkiego pęku atmosferycznego.

Rozumiem, że telefony nie muszą mieć kart sim, wystarczy że będą w zasięgu WiFi?

Zgadza się, dużo uczestników używa Galaxy Ace 4, SIII i SIII mini. Telefony dobrze jest zrootować i zainstalować soft do zarządzania ładowaniem, kupić nowy akumulator, postarać się o chłodzenie. I unikać źródeł naturalnego promieniowania. 

V edycja konkursu "Łowcy cząstek"

 

V edycja konkursu "Łowcy cząstek" rozpoczęta!

W ramach popularyzacji projektu CREDO, organizatorzy po raz piąty przygotowali platformę zliczającą rejestracje wysokoenergetycznych śladów cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego za pomocą smartfonów. Drużyny zarejestrowane w poprzedniej edycji konkursu nie muszą przechodzić ponownie procesu rejestracji. Za to serdecznie witamy nowy team "PTMA Warszawa", który obok teamu "PTMA Lublin" rozpoczął rywalizację w konkursie, popularyzując temat w środowisku miłośników astronomii.

(źródło: https://www.facebook.com/credo.science/posts/565216198941590)

Korzystając z materiałów uzyskanych od organizatora - Pana mgr. inż. Sławomira Stuglika z IFJ PAN w Krakowie - poniżej przedrukowuję najważniejsze informacje dotyczące konkursu:

W konkursie prowadzone są dwie kategorie

a) Maraton

Brany pod uwagę jest zarówno czas pracy jak i liczba detekcji wykryta przez wszystkie urządzenia zespołu w czasie trwania konkursu (od 7 listopada 2022 do 1 czerwca 2023r). Za każde 50 detekcji zespół otrzyma 1 punkt oraz za każde 5 godzin pracy przyznawany jest 1 punkt. Dodatkowo by wynagrodzić aktywne zespoły wprowadzone są punkty bonusowe m.in za liczbę dni aktywnych w ciągu miesiąca - zarówno jako pojedynczy uczestnik jak i zespół. Szczegółowe informacje o punktacji i premiach można znaleźć w regulaminie dostępnym w wersji pdf pod linkiem:

https://credo.science/particle_hunters/download/Particle_Hunters_2022_23.pdf

rozdział V i VI. Wersja polska regulaminu jest od strony 8.

b) Liga

Odbywa się raz w miesiącu i trwa przez 10 godzin - od godziny 21:00 12-tego dnia miesiąca do godziny 7:00 13-tego dnia miesiąca. W tej kategorii o kolejności zespołów w danym miesiącu decyduje liczba

cząstek wychwyconych podczas tej jednej nocy. Drużyny otrzymują punkty za zajęte miejsce w danym miesiącu według zasady:

• Jeśli zarejestrowanych jest n drużyn, to drużyna, która zdobędzie najwięcej cząstek otrzymuje n punktów, następna n-1 itd. Punkty z każdego miesiąca są sumowane, a drużyna która będzie mieć największą liczbę punktów na koniec rozgrywek wygrywa ligę.

Uwaga!

Najbliższa Liga odbędzie się 12 listopada od godz 21:00 i potrwa do 13 listopada godz. 7:00. Jako, że jest to pierwsza liga V edycji konkursu oraz odbywa się w dłuższym weekendzie (11.11- 13.11) postanowiliśmy, że każdemu zespołu który weźmie udział w wydarzeniu z co-najmniej 2 uczestnikami przyznamy bonusowe 5 punktów do wyniku końcowego.

Czyli jeśli przy 25 zarejestrowanych zespołach

• zespół z największą liczbą detekcji otrzymałby 25 punktów z bonusowymi punktami otrzyma 30 punktów 
• zespół z drugiego miejsca otrzymałby 24 punktów - dzięki bonusowym punktom za ligę w miesiącu listopad do finalnego wyniku otrzyma 29 punktów,
• trzeci zespół otrzyma 28 itd.

Przydatne linki na stronie konkursowej

1) Ogólne wyniki z Maratonu - aktualizowane minimum 2 razy w tygodniu - kontrolna aktualizacja na początku nowego miesiąca. Po kliknięciu w nazwę zespołu można przejść do podstrony wybranego zespołu i zobaczyć aktywnych uczestników zespołu, kliknięcie na nazwę użytkownika pozwoli zobaczyć jego wyniki podzielone wg dnia, klikając w dany dzień można oglądać detekcje tylko z tego dnia. Przy dużej liczbie wykryć podstrona użytkownika może wczytywać się trochę dłużej (np 30s).

2) Wyniki z ostatniego wydarzenia Liga: strona niedostępna do czasu zakończenia pierwszego wydarzenia z tej kategorii (najwcześniej dostępna 14 listopada br.)

3) Strona "score" - podstrona "score" zawiera przyciski pozwalające przejść do wyników z maratonu, ligi oraz podstron zawierających punkty bonusowe jakie zespół uzyskał w danej kategorii. Część podstron z bonusami będzie dostępna w następnym miesiącu po podliczeniu premii miesiąca.

4) Zasady Maratonu i Liga (przekierowanie na te strony można znaleźć na podstronie "score")

5) Materiały ogólnodostępne i popularnonaukowe CREDO

6) Poradnik (user-guide) dla użytkowników Aplikacji CREDO Detector - wersja Androida

https://credo.science/particle_hunters/download/PL-UserGuide.pdf

Zapraszam zainteresowanych do udziału w konkursie.

Projekt CREDO w skrócie

1. Międzynarodowy Projekt Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), został zainicjowany w 2016 roku w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie przez prof. IFJ PAN dra hab. Piotra Homolę, który jest pomysłodawcą, inicjatorem Współpracy i jej głównym koordynatorem. IFJ PAN pełni rolę instytucjonalnego lidera Współpracy, z największym wkładem osobowym (zarówno w sensie naukowym jak i administracyjnym) oraz finansowym. 

2. Głównym celem CREDO jest poszukiwanie sygnatur zespołów promieni kosmicznych, angażując możliwie wielu uczestników bez wymagania konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy bądź umiejętności (ang. citizen scientists).

3. Energie przenoszone przez cząstki pierwotnego promieniowania kosmicznego (1E20 eV) dziesiątki milionów razy przewyższają energię uzyskiwaną podczas zderzeń w naziemnych akceleratorach (1E13 eV) - wielkość technicznie nieosiągalna w najbliższej przyszłości.

4. Zderzenia cząstek w górnych warstwach atmosfery generują potoki (deszcze) cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego, które swoją intensywnością i zasięgiem mogą obejmować cały widoczny obszar planety. Wtórne promieniowanie kosmiczne o niskiej energii, jako efekt oddziaływania i rozpadu cząstek, może być wtedy wykrywane za pomocą detektorów półprzewodnikowych (jak to ma miejsce w np. w LHC) - m.in. za pomocą matryc fotograficznych CMOS.

5. Ponieważ technicznie nie da się zbudować jednego gigantycznego detektora o powierzchni porównywalnej z powierzchnią planety, można wykorzystać dużą ilość małych detektorów rozsianych po powierzchni. Tym sposobem otrzymujemy „darmowy” akcelerator cząstek, którego nie zbudujemy na kształt np. LHC.

6. Smartfon z zamaskowanym (zaklejonym) otworem kamery rejestruje tylko ślady wysokoenergetyczne (ok. 150 zdarzeń na dobę) , które potrafią przebić się przez jego obudowę - fotony światła widzialnego nie są rejestrowane. Włączony GPS i kompas w telefonie dokładnie lokalizuje położenie, a dokładny czas pobierany jest z internetowego zegara atomowego.

7. Projekt jest całkowicie darmowy dla użytkowników smartfonów, jedyny koszt to parę złotych miesięcznie związanych z zasilaniem telefonu. Aplikacja sterująca telefonem jest darmowa do pobrania ze sklepu Android lub IOS. Wsparciem dla użytkowników jest forum tematyczne zawierające również sekcję FAQ.

8. Koordynatorzy z IFJ PAN, w zależności od dostępności środków finansowych i grantów, przeprowadzają konkursy i zawody w wykrywaniu cząstek zarówno dla osób indywidualnych jak i grup i organizacji w celu popularyzacji projektu i przyciągnięcia nowych użytkowników rejestrujących cząstki promieniowania kosmicznego. Nagrodami są dyplomy i drobne upominki.

9. Oddział w Lublinie PTMA uczestniczy w projekcie (jako team “PTMA Lublin”) od listopada 2021 roku - w konkursie organizowanym przez IFJ PAN na wykrycie jak największej ilości cząstek, team zajął jedno z pierwszych miejsc (wyniki zostaną ogłoszone w wakacje 2022 roku). W Oddziale w Lublinie PTMA przygotowana została prezentacja promująca temat - zaprezentowana podczas spotkania on-line w czerwcu 2022 roku w warszawskim oddziale PTMA zaowocowała nawiązaniem współpracy pomiędzy oddziałami w zakresie uczestnictwa i popularyzacji projektu CREDO. Opublikowano również kilka informacji technicznych związanych z eksploatacją stanowiska do wykrywania cząstek.

10. Instytucjonalna współpraca pomiędzy PTMA i CREDO została potwierdzona poprzez podpisanie Memorandum o współpracy pomiędzy instytucjami w sierpniu 2022 roku.

11. Więcej informacji źródłowych można uzyskać na platformach społecznościowych Facebook, Twitter, YouTube i LinkedIn.

Wygląd typowej stacji do wykrywania zdarzeń w ramach projektu CREDO.

Prezentacja o projekcie CREDO

 Prezentacja przygotowana dla potrzeb promocji projektu CREDO na spotkania PTMA Oddział w Lublinie.