كاميرا «بلاتون» الثورية ترصد الجسيمات غير المرئية في الفراغ ثلاثي الأبعاد
باحثون سويسريون يُطوّرون كاشف جسيمات مبتكراً يدمج كاميرا المجال الضوئي والذكاء الاصطناعي لتتبع مسارات النيوترينوات والمادة المظلمة بدقة دون الملليمتر، مع تطبيقات واعدة في التصوير الطبي.
لرصد جسيمات مثل النيوترينو والمادة المظلمة، اضطر الفيزيائيون تقليدياً إلى بناء منشآت ضخمة تحتوي على ملايين المكونات الكاشفة مرتبة بدقة في مصفوفات ثلاثية الأبعاد، والتي تستهلك موارد هائلة في التصنيع والتشغيل والمعايرة. يطرح باحثو المعهد التقني الفيدرالي السويسري ETH زيورخ ومعهد EPFL بديلاً جذرياً: كاشف اسمه PLATON يُحل محل تلك المصفوفات المعقدة بكتلة واحدة من مادة الوميض الضوئي يُوضع خلفها نظام تصوير ذكي.
قلب هذا الابتكار هو كاميرا المجال الضوئي، التكنولوجيا التي تلتقط في اللحظة ذاتها اتجاه الضوء وشدته معاً، باستخدام صفيف من العدسات الدقيقة يجلس بين العدسة الرئيسية وحساسة التصوير. هذا الثراء المعلوماتي الفائق يجعل تتبع الجسيم في الفضاء ثلاثي الأبعاد ممكناً من موضع كاميرا واحدة بدلاً من آلاف المستشعرات.
المعضلة التاريخية كانت حساسية الكشف: جسيمات مثل النيوترينو تتفاعل مع المادة نادراً جداً، فينتج تفاعلها في مادة الوميض ومضات بالغة الضعف قد لا تشمل سوى خمسة فوتونات. للتعامل مع هذا الضعف الشديد، استعان الفريق بمستشعرات ثنائي انهيار الفوتون المفرد، وهي عناصر إلكترونية قادرة على رصد فوتون واحد وتحوّل الانهيار الكهربائي اللحظي الناتج إلى إشارة كهربائية قابلة للقياس.
تحوّل ومضات الضوء الخمس هذه إلى مسار جسيم ثلاثي الأبعاد دقيق هو مهمة الذكاء الاصطناعي: شبكة عصبية بُنيت على بنية المحوّل، تعلّمت من محاكاة حاسوبية آلاف السيناريوهات، ثم أُختبرت على جسيمات بيتا من مصدر ستورنيوم-90 حقيقي في كتل بلاستيكية وميضية. النتائج الأولية أثبتت قدرة النظام على تتبع المسارات في المادة غير المجزأة.
تُشير المحاكاة إلى أن نسخة مُحسَّنة من PLATON يمكنها تحقيق دقة مكانية تحت الملليمتر في أحجام تصل إلى متر مكعب، مضاهيةً أداء كواشف الجيل الأحدث القائمة على مصفوفات المستشعرات، مع مرونة أعلى في التوسع والتصغير وتكاليف تشغيل أقل بكثير.
اكتشف الفريق أن هذا المبدأ ينطبق أيضاً على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني في الطب. في هذا الإجراء التشخيصي، تتحرك مواد مُشعة في الجسم وتُصدر جسيمات يمكن كاميرا المجال الضوئي تتبعها لإعادة بناء توزيعها ثلاثي الأبعاد بصورة أوضح مما تتيحه التقنيات الحالية. قدّم الفريق ثلاثة طلبات براءات اختراع في هذا الاتجاه الطبي.
يستدعي هذا الابتكار اهتمام المنطقة العربية من بوابتين: الأولى علمية، إذ تضم دول كالإمارات ومصر والمملكة العربية السعودية مراكز بحثية ناشئة في فيزياء الجسيمات والطاقة النووية، كمركز الشيخ خليفة للأبحاث التقنية في جامعة خليفة وبرامج جامعة الملك عبدالعزيز؛ والثانية طبية، إذ يُعدّ التصوير بالإصدار البوزيتروني PET ركيزةً تشخيصية أساسية في مراكز الأورام الكبرى كمستشفى الملك حسين للسرطان في الأردن ومستشفى شيفا بالسعودية، وأي تحسين في دقة هذه التقنية يُترجَم مباشرةً إلى تشخيص أدق وعلاج أفضل لمرضى المنطقة.
يضع PLATON بذرة نهج جديد في فيزياء الجسيمات: بدلاً من بناء منشآت ضخمة متشعبة، قد يكفي مستقبلاً كاشف بمكوّن مادي واحد وعين كاميرية واحدة ودماغ عصبي واحد لاستيعاب الجسيمات الأكثر غموضاً في الكون.
المزيد من علوم
دراسة دولية كبرى تؤكد: الكون لا يزال يتسارع في تمدده والطاقة المظلمة باقية
فريق بحثي دولي بقيادة جامعة ساوثهامبتون يدحض الادعاءات الأخيرة بتباطؤ تمدد الكون، مؤكداً بتحليل دقيق للمستعرات العظمى أن الطاقة المظلمة تواصل دفع الكون نحو التسارع الكوني.
مئات الزلازل الخفية اكتُشفت قرب نهر ثواتس الجليدي وتُهدد برفع البحار ثلاثة أمتار
رصد علماء أستراليون 245 زلزالاً جليدياً مخفياً بالقرب من نهر القيامة الجليدي بأنتاركتيكا بين 2010 و2023، وهي إشارات تُحذر من تسارع وتيرة ذوبانه وعواقبه الكارثية على مستويات البحار عالمياً.
دراسة: مرشحات هيبا تُحسّن الوظيفة التنفيذية للدماغ بنسبة 12% في شهر واحد فقط
تجربة سريرية أمريكية تُثبت أن استخدام أجهزة تنقية الهواء بمرشح هيبا في المنزل لمدة شهر واحد يُحسّن أداء الدماغ لدى البالغين فوق الأربعين بنسبة 12%، مما يكشف أثر تلوث الهواء على الوظائف المعرفية.
علماء يكشفون شذوذاً حرارياً ضخماً في أعماق المريخ يفوق بمئات الدرجات توقعاتنا
باحثو كالتك يكشفون أن الجزء الجنوبي من باطن المريخ أشد حرارةً بمئات الدرجات من الشمال وقد يكون منصهراً جزئياً، وهو ما يفسر لغز المغناطيسية والزلازل المريخية.
الحاسوب الكمي لشركة IBM يحل مسألة تعجز عنها الحواسيب الكلاسيكية في 15 دقيقة
حقق باحثو IBM وجامعة شيكاغو إنجازاً تاريخياً في الحوسبة الكمية باستخدام 70 كيوبتاً منطقياً مصحَّح الأخطاء، إذ أتموا عملية حسابية معقدة في ربع ساعة فقط.
باحثون يكتشفون خزاناً جليدياً ضخماً مختبئاً في باطن جبال ولاية يوتا الأمريكية
استخدم فريق بحثي قياسات الجاذبية لرسم خريطة ثلاثية الأبعاد لنهر جليدي صخري مدفون تحت جبل تيمبانوغوس في يوتا، تبيّن أنه يحوي ما يكفي لملء 600 مسبح أولمبي.