Science
20.05.2015

App macht Smartphones zu Detektoren für kosmische Strahlung

Mit der App Crayfis können die Photosensoren von Smartphones verwendet werden, um die Spuren von hochenergetischen Teilchen, die auf die Erdatmosphäre treffen, aufzuspüren.

In jeder Sekunde wird die Erdatmosphäre von Teilchen aus dem All getroffen. Meist handelt es sich um Protonen, Elektronen oder ionisierte Atome. Ein Großteil dieser kosmischen Strahlung, nämlich jener mit relativ wenig Energie, stammt von unserer Sonne. Teilchen mit hoher Energie treffen seltener auf unsere Gashülle, auch weil sie ab einer gewissen Energie mit der allgegenwärtigen Hintergrundstrahlung im Universum reagieren und schon nach im kosmischen Maßstab kurzen Distanzen nicht mehr nachweisbar sind. Die energiereichsten Partikel sind deshalb schwer zu entdecken und relativ unerforscht. Über ihre Herkunft gibt es lediglich Vermutungen. Als Quellen kommen etwa schwarze Löcher oder Hypernovae in Frage. Da sich Teilchen mit hohen Energien kaum von Magnetfeldern und anderen Einflüssen ablenken lassen, sind sie ein hervorragendes Werkzeug, um solche Phänomene im All zu untersuchen. Detektoren für diese Art von kosmische Strahlung müssten über eine enorme Fläche verfügen und wären entsprechend teuer.

Forscher der University of California wollen dieses Problem lösen, indem sie viele kleine Detektoren zu einem großen zusammenschalten. Diese Geräte müssen nicht erst gebaut und mühsam in Stellung gebracht werden. Sie befinden sich längst in unseren Hosentaschen.Wie die Forscher herausgefunden haben, lässt sich hochenergetische Strahlung nämlich indirekt mit den Fotosensoren herkömmlicher Smartphones nachweisen. Wenn ein Teilchen mit hoher Energie auf die Atmosphäre trifft, entsteht ein Schauer aus sekundären Teilchen, die mit Smartphones gemessen werden können. „Es gibt drei Milliarden Smartphones auf der Erde. Die wollen wir nutzen, um die Myonen und Photonen zu messen, die beim Auftreffen energiereicher Teilchen auf die Atmosphäre entstehen“, erklärt Physiker Daniel Whiteson der futurezone. Das funktioniert mit der App„Crayfis“(Cosmic Rays found in Smartphones), die noch diesen Sommer für Android und iOS verfügbar werden soll. Mit der Software können die Fotosensoren Myonen und hochenergetische Photonen registrieren, wodurch sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Herkunft der kosmischen Strahlung versprechen. Das geht nur, wenn die Linse der Smartphone-Kamera nicht von störendem Licht getroffen wird.

Netzwerk

Die Forscher haben die App so konstruiert, dass sie nur aktiv wird, wenn das Smartphone mit dem Objektiv nach unten liegt und an eine Stromquelle angeschlossen ist. Wenn das Handy also auf dem Nachttisch geladen wird und Myonen oder Photonen auf den Fotosensor treffen, werden die Daten gespeichert. Durch statistische Verfahren werden die Daten gefiltert, um Ausreißer und Rauschen von den tatsächlichen Signalen zu trennen. Die Messergebnisse werden schließlich zur Auswertung an einen Server geschickt. Die Datenmengen, die dabei übertragen werden, sind laut den Forschern winzig. Um verwertbare Ergebnisse zu bekommen, ist allerdings ein hoher Verbreitungsgrad der App notwendig. „Wir brauchen 500 bis 1000 Smartphones pro Quadratkilometer“, sagt Whiteson. Dann wäre ein Netzwerk, das einige hundert Quadratkilometer abdeckt, leistungsfähiger als Einzeldetektoren. Dazu wären aber wohl rund eine Million Nutzer notwendig. Um Leute zum Mitmachen zu bewegen, sollen App-Nutzer als Koautoren bei möglichen wissenschaftlichen Veröffentlichungen angeführt werden.
Neben der indirekten Messung hochenergetischer kosmischer Strahlung wäre auch die Erhebung lokaler Radioaktivitätsbelastungen mit dem Netzwerk möglich. Der Datenschutz der Teilnehmer ist laut den Forschern gewahrt. "Die App hat Zugriff auf die Kamera, aber es werden nie ganze Bilder gespeichert, sondern immer nur einige Pixel, die durch Teilchentreffer aufleuchten", erklärt Whiteson. Interessenten können sich auf der Webseite von Crayfis als Testpersonen registrieren. "Es haben schon über 50.000 Personen ihr Interesse bekundet", sagt Whiteson.