Virtual reality, of VR, is niet alleen bedoeld voor leuke videogames en ander visueel entertainment. Deze technologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van een computergegenereerde omgeving met objecten die echt lijken, heeft ook veel wetenschappelijke en educatieve toepassingen gevonden.

Sean Preins, een doctoraatsstudent bij de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde van de Universiteit van Californië, Riverside, heeft een VR-applicatie gemaakt met de naam VIRTUE, voor 'Virtual Interactive Reality Toolkit for Understanding the EIC', die een game changer is in de manier waarop deeltjes en kernfysische gegevens kunnen worden bekeken.

VIRTUE wordt op eerste kerstdag openbaar beschikbaar gemaakt en kan worden gebruikt om experimenten en gesimuleerde gegevens van de komende Electron-Ion Collider of EIC te visualiseren, een geplande grote nieuwe onderzoeksfaciliteit voor kernfysica in het Brookhaven National Lab in Upton, New York. EIC zal de mysteries onderzoeken van de ‘sterke kracht’ die de atoomkern samenbindt. Elektronen en ionen, versneld tot bijna de lichtsnelheid, zullen in de EIC met elkaar botsen.

Volgens Miguel Arratia, een assistent-professor natuurkunde en astronomie bij UCR die Preins adviseert, zal VR-technologie een geheel nieuwe manier mogelijk maken om deeltjes- en kernfysica-gegevens in zowel ruimte als tijd te onderzoeken.

"Ik verwacht dat dit hulpmiddel enorm nuttig zal zijn voor onderzoekers, omdat het hen zal helpen bij het verkrijgen van intuïtie die zich kan vertalen in inzichten tijdens data-analyse", zei hij. "Het zou bijvoorbeeld de ontwikkeling kunnen inspireren van nieuwe algoritmen die zich richten op specifieke signalen of kunnen helpen bij een holistische verkenning van intrigerende gebeurtenissen. Dit is de eerste keer dat iemand EIC-botsingen heeft gevisualiseerd. Vóór ons werk wist niemand echt hoe de gebeurtenissen eruit zagen."

Video's gemaakt met VIRTUE zijn al door Brookhaven National Laboratory gebruikt om de aandacht van het publiek op de EIC te vestigen. VIRTUE is bedoeld als innovatief outreachplatform voor een algemeen publiek en is ook een educatief hulpmiddel voor zowel studenten als senior wetenschappers. Het wordt gratis uitgebracht op Steam, een populaire videogame-engine.

In de volgende vraag en antwoord beantwoordt Preins een paar vragen over VIRTUE:

V. Moet je een speciale VR-bril dragen om het programma te gebruiken? Wat zou een gebruiker zien?

Dit programma is ontworpen om te werken met de Oculus Quest 2 met Quest Link; een VR-headset is echter niet vereist. U kunt een desktopversie van VIRTUE downloaden en uitvoeren met dezelfde functies als de VR-versie.

Het programma wordt vooraf geïnstalleerd met een röntgen- en technisch model van de ePIC-detector op de toekomstige EIC. Het wordt ook geleverd met gesimuleerde gegevens van elektronen-protonbotsingen in deze detector, waarbij elke botsing resulteert in een reeks "treffers" of punten, waar de detector een signaal registreert van een deeltje dat er doorheen ging. In zekere zin laat het je zien wat een deeltjesdetector "ziet" wanneer er een botsing plaatsvindt. Het zijn dezelfde gegevens die je ook voor onderzoek zou gebruiken.

V. Welk voordeel biedt een VR-programma als VIRTUE wetenschappers?

Door VR te gebruiken om deeltjesfysica-gegevens te visualiseren, kunnen we bij deze experimenten een gevoel van schaal krijgen dat gewoon niet op een klein scherm kan worden gerepliceerd, en kunnen we de complexiteit van de gegevens in ruimte en tijd onderzoeken. Onze hersenen blinken uit in het herkennen van patronen en VR verbetert deze mogelijkheid, waardoor een meeslepender en intuïtiever begrip van gegevens mogelijk wordt.

We hebben dit programma ook gebruikt tijdens veel outreach-evenementen en het was elke keer een succes. VR is een uitstekende tool die jonge wetenschappers betrekt met een meeslepende ervaring voor een onderwerp dat vaak moeilijk te visualiseren is.

V. Is VIRTUE gemakkelijk te gebruiken?

Zelfs als je geen VR-headset hebt, kun je deze applicatie nog steeds downloaden en uitvoeren op de meeste moderne Windows-, macOS- en Linux-machines. Het uitvoeren van dit programma en het bekijken van botsingen is net zo eenvoudig als het installeren van een ander spel op Steam. Er is geen programmeerkennis vereist.

Dit programma geeft gebruikers een dieper inzicht in hoe deeltjesdetectoren gegevens verzamelen en toont een voorproefje van de wetenschap die bij de EIC zal worden uitgevoerd. Dit kan worden gebruikt om te leren waar elke laag van een deeltjesdetector voor dient, wat voor soort signaal elk type deeltje in de detector creëert, en hoe we de fysica van wat er tijdens de botsing is gebeurd, kunnen reconstrueren op basis van de onbewerkte gegevens die de detector registreert. .

VIRTUE maakt een hoge mate van aanpasbaarheid mogelijk. De gegevens kunnen eenvoudig worden bijgewerkt met nieuwe simulaties, of zelfs met echte gegevens zodra de EIC is gebouwd.

V. Waarom raakte je geïnteresseerd in de lancering van VIRTUE?

Een grote motivatie voor dit programma is om de wetenschap van de botsingsfysica toegankelijker te maken. Met tools als VIRTUE kunnen we studenten leren wat er in een deeltjesdetector gebeurt, en hoe we uit deze gegevens nuttige informatie kunnen halen om enkele van de diepste natuurwetten te bestuderen. Ik heb dit programma al gebruikt om de methoden die worden gebruikt in de bots- en detectorfysica te introduceren bij nieuwe studenten in onze groep.

Aangeboden door Universiteit van Californië - Riverside