Virtual reality, eller VR, är inte bara för roliga videospel och annan visuell underhållning. Denna teknik, som involverar en datorgenererad miljö med objekt som verkar verkliga, har också hittat många vetenskapliga och pedagogiska tillämpningar.
Sean Preins, doktorand vid institutionen för fysik och astronomi vid University of California, Riverside, har skapat en VR-applikation som heter VIRTUE, för "Virtual Interactive Reality Toolkit for Understanding the EIC", som är en spelförändring i hur partikel- och kärnfysikdata kan ses.
VIRTUE, som görs allmänt tillgänglig på juldagen, kan användas för att visualisera experiment och simulerade data från den kommande Electron-Ion Collider, eller EIC, en planerad stor ny kärnfysikforskningsanläggning vid Brookhaven National Lab i Upton, New York. EIC kommer att utforska mysterier kring den "starka kraften" som binder samman atomkärnan. Elektroner och joner, snabbare upp till nästan ljusets hastighet, kommer att kollidera med varandra i EIC.
Enligt Miguel Arratia, en biträdande professor i fysik och astronomi vid UCR som ger råd till Preins, kommer VR-teknik att möjliggöra ett helt nytt sätt att utforska partikel- och kärnfysikdata i både rum och tid.
"Jag förväntar mig att det här verktyget kommer att vara oerhört fördelaktigt för forskare och hjälpa dem att få intuition som kan översättas till insikter under dataanalys," sa han. "Till exempel kan det inspirera till utvecklingen av nya algoritmer riktade mot specifika signaler eller hjälpa till i en holistisk utforskning av spännande händelser. Det här är första gången någon har visualiserat EIC-kollisioner. Innan vårt arbete visste ingen riktigt hur händelserna såg ut."
Videor gjorda med VIRTUE har redan använts av Brookhaven National Laboratory för att uppmärksamma allmänheten på EIC. VIRTUE är avsett att vara en innovativ uppsökande plattform för en allmän publik och är också ett utbildningsverktyg för både studenter och seniora forskare. Det kommer att släppas på Steam, en populär videospelmotor, gratis.
I följande Q&A svarar Preins på några frågor om DYDG:
Det här programmet är utformat för att fungera med Oculus Quest 2 med Quest Link; dock krävs inget VR-headset. Du kommer att kunna ladda ner och köra en stationär version av VIRTUE med alla samma funktioner som VR-versionen.
Programmet levereras förinstallerat med en röntgen- och ingenjörsmodell av ePIC-detektorn vid framtida EIC. Den kommer också med simulerade data från elektron-protonkollisioner i denna detektor, där varje kollision resulterar i en spray av "träffar" eller punkter, där detektorn registrerar en signal från en partikel som passerat igenom. På sätt och vis visar den dig vad en partikeldetektor "ser" när en kollision inträffar. Det är samma data som man skulle använda för forskning också.
Genom att använda VR för att visualisera partikelfysikdata kan vi få en känsla av skala med dessa experiment som helt enkelt inte kan replikeras på en liten skärm, och det tillåter oss att utforska komplexiteten i data i rum och tid. Våra hjärnor är utmärkta i att känna igen mönster och VR förbättrar denna förmåga, vilket möjliggör en mer uppslukande och intuitiv förståelse av data.
Vi har också använt det här programmet under många uppsökande evenemang, och det har varit en hit varje gång. VR är ett utmärkt verktyg som engagerar unga forskare med en uppslukande upplevelse för ett ämne som ofta är svårt att visualisera.
Även om du inte har ett VR-headset kommer du fortfarande att kunna ladda ner och köra det här programmet på de flesta moderna Windows-, macOS- och Linux-maskiner. Att köra det här programmet och se kollisioner är lika enkelt som att installera vilket annat spel som helst på Steam. Inga programmeringskunskaper krävs.
Detta program kommer att ge användarna en djupare insikt i hur partikeldetektorer samlar in data och visar en förhandstitt på vetenskapen som kommer att göras vid EIC. Detta kan användas för att lära ut vad varje lager i en partikeldetektor är till för, vilken typ av signal varje typ av partikel skapar i detektorn och hur vi kan rekonstruera fysiken för vad som hände under kollisionen från rådata som detektorn registrerar. .
VIRTUE möjliggör en hög grad av anpassningsbarhet. Data kan enkelt uppdateras med nya simuleringar – eller till och med riktiga data när EIC har byggts.
En stor motivation för detta program är att göra vetenskapen om kolliderfysik mer tillgänglig. Verktyg som VIRTUE låter oss utbilda eleverna om vad som händer inuti en partikeldetektor, och hur vi kan extrahera användbar information från dessa data för att studera några av de djupaste naturlagarna. Jag har redan använt det här programmet för att introducera metoderna som används inom kollider- och detektorfysik för nya forskare i vår grupp.
Tillhandahålls av University of California - Riverside
