Spørgsmål og svar:At bringe virtual reality til atom- og partikelfysik

Virtual reality, eller VR, er ikke kun til sjove videospil og anden visuel underholdning. Denne teknologi, der involverer et computergenereret miljø med objekter, der virker ægte, har også fundet mange videnskabelige og uddannelsesmæssige anvendelser.

Sean Preins, en ph.d.-studerende ved Institut for Fysik og Astronomi ved University of California, Riverside, har skabt en VR-applikation kaldet VIRTUE, til "Virtual Interactive Reality Toolkit for Understanding the EIC", som er en game changer i, hvordan partikler og kernefysiske data kan ses.

VIRTUE, som gøres offentligt tilgængelig på juledag, kan bruges til at visualisere eksperimenter og simulerede data fra den kommende Electron-Ion Collider eller EIC, en planlagt stor ny kernefysisk forskningsfacilitet ved Brookhaven National Lab i Upton, New York. EIC vil udforske mysterier om den "stærke kraft", der binder atomkernen sammen. Elektroner og ioner, der accelereres til næsten lysets hastighed, vil kollidere med hinanden i EIC.

Ifølge Miguel Arratia, en assisterende professor i fysik og astronomi ved UCR, som rådgiver Preins, vil VR-teknologi muliggøre en helt ny måde at udforske partikel- og kernefysikdata i både rum og tid.

"Jeg forventer, at dette værktøj vil være uhyre gavnligt for forskere og hjælpe dem med at opnå intuition, der kan omsættes til indsigt under dataanalyse," sagde han. "For eksempel kunne det inspirere til udviklingen af ​​nye algoritmer rettet mod specifikke signaler eller hjælpe med en holistisk udforskning af spændende begivenheder. Det er første gang nogen har visualiseret EIC-kollisioner. Før vores arbejde vidste ingen rigtig, hvordan begivenhederne så ud."

Videoer lavet med VIRTUE er allerede blevet brugt af Brookhaven National Laboratory til at henlede offentlighedens opmærksomhed på EIC. VIRTUE er beregnet til at være en innovativ opsøgende platform for et generelt publikum og er også et uddannelsesværktøj for både studerende og seniorforskere. Det vil blive udgivet på Steam, en populær videospilmotor, gratis.

I den følgende Q&A besvarer Preins et par spørgsmål om VIRTUE:

Sp. Skal man have specielle VR-briller på for at bruge programmet? Hvad vil en bruger se?

Dette program er designet til at fungere med Oculus Quest 2 med Quest Link; et VR-headset er dog ikke påkrævet. Du vil være i stand til at downloade og køre en desktopversion af VIRTUE med alle de samme funktioner som VR-versionen.

Programmet leveres forudinstalleret med en røntgen- og ingeniørmodel af ePIC-detektoren på den fremtidige EIC. Den kommer også med simulerede data fra elektron-proton-kollisioner i denne detektor, hvor hver kollision resulterer i en spray af "hits" eller punkter, hvor detektoren optager et signal fra en partikel, der passerede igennem. På en måde viser den dig, hvad en partikeldetektor "ser", når der sker en kollision. Det er de samme data, man også ville bruge til forskning.

Sp. Hvilken fordel tilbyder et VR-program som VIRTUE for forskere?

At bruge VR til at visualisere partikelfysikdata giver os mulighed for at få en fornemmelse af skala med disse eksperimenter, der bare ikke kan replikeres på en lille skærm, og det giver os mulighed for at udforske kompleksiteten af ​​dataene i rum og tid. Vores hjerner udmærker sig ved at genkende mønstre, og VR forbedrer denne evne, hvilket giver mulighed for en mere fordybende og intuitiv forståelse af data.

Vi har også brugt dette program under mange opsøgende arrangementer, og det har været et hit hver gang. VR er et fremragende værktøj, der engagerer unge forskere med en fordybende oplevelse for et emne, der ofte er svært at visualisere.

Sp. Er VIRTUE nem at bruge?

Selvom du ikke har et VR-headset, vil du stadig være i stand til at downloade og køre denne applikation på de fleste moderne Windows-, macOS- og Linux-maskiner. At køre dette program og se kollisioner er lige så simpelt som at installere et hvilket som helst andet spil på Steam. Der kræves ingen programmeringskendskab.

Dette program vil give brugerne et dybere indblik i, hvordan partikeldetektorer indsamler data og viser en forhåndsvisning af den videnskab, der vil blive udført på EIC. Dette kan bruges til at hjælpe med at lære, hvad hvert lag af en partikeldetektor er til, hvilken slags signal hver type partikel skaber i detektoren, og hvordan vi kan rekonstruere fysikken i, hvad der skete under kollisionen ud fra de rådata, som detektoren registrerer. .

VIRTUE giver mulighed for en høj grad af tilpasningsmuligheder. Dataene kan nemt opdateres med nye simuleringer – eller endda rigtige data, når først EIC er bygget.

Sp. Hvad fik dig til at interessere dig for at lancere VIRTUE?

En stor motivation for dette program er at gøre videnskaben om kolliderfysik mere tilgængelig. Værktøjer som VIRTUE giver os mulighed for at uddanne eleverne i, hvad der foregår inde i en partikeldetektor, og hvordan vi kan udtrække nyttig information fra disse data for at studere nogle af de dybeste naturlove. Jeg har allerede brugt dette program til at hjælpe med at introducere metoderne, der bruges i kollider- og detektorfysik, for nye bachelor-forskere i vores gruppe.

Leveret af University of California - Riverside