Füüsik võlub helisid minevikust

Kongressi raamatukogu, digitaalse teisendamise spetsialist Peter Alyea, kes töötab IRENE arvuti kõvakettal. Kongressi raamatukogu loal

Kolmapäeval enne Halloweeni kogunes füüsik Carl Haber koos mitme kolleegiga Washingtoni Kongressi raamatukogu maa-alusesse kompleksi, et teha ebatavaline eksperiment: surnute häälte välja võlumine.

Ülestõusmine hõlmab helisalvestiste kogu, mida hoiab Ameerika ajaloo rahvusmuuseum , mille tootis kaua mittetoiminud Volta Laboratory. 1880. aastatel osaliselt Alexander Graham Belli asutatud labor oli kunagi teadlaste närvikeskus, kes katsetasid heli salvestamise ja esitamise viise. Nende toodetud salvestised – krüpteeritud sellistesse objektidesse nagu kettad ja silindrid – on osa 19. sajandi lõpust pärit helireliikviatest kogu maailmast. Mõned neist on mängimiseks liiga õrnad või kahjustatud, isegi katki, samas kui teised jäävad ebaselgetesse vormingutesse, mida tänapäevased seadmed lugeda ei suuda. Salvestised, mis sisaldavad folkloori, muusikat ja poliitilisi kõnesid, aga ka varajasi katsetusi helisalvestusega, nagu numbrite loendamine ja luule esitamine, esindavad summutatud ajalugu. Kuid Lawrence Berkeley riikliku labori füüsikaosakonna vanemteadur Haber ja kolleegid on välja töötanud viisi, kuidas minevikku kuulata – kohandades digitaalfotograafiat ja pilditöötlustehnikaid, mida algselt kasutati subatomiliste osakeste otsimise hõlbustamiseks.

Sel sügispäeval töötavad Haber ja tema meeskonnakaaslased Volta kollektsiooni ebatavalise plaadi kallal, mis on valmistatud vahaga kaetud köiteplaadist – see näeb välja nagu primitiivne plaat. Kandes lillasid kirurgikindaid, et kaitsta meediat inimkäte mustuse eest, võtab kuraator salvestise ja asetab selle läbipaistvast plastikust plaadimängijale, mis on ühendatud spetsiaalse optilise seadmega. Ta peab olema ettevaatlik – keegi ei tea tegelikult, mis nendes failides on. Kuigi mõned salvestised ei pruugi sisaldada muud kui lihtsat lugu või trilli, võivad teised sisaldada väärtuslikumaid helisid. Näiteks 2011. aastal sai Haberi meeskond oma hääle Aleksander Graham Bell ise, lugedes ette juhusliku numbriloendi – saavutus, mis aitas Haberil võita a MacArthur Geniuse stipendium eelmisel aastal.

Kui plaat on paigas, hakkab Haber pildistama selle vahajas pinnas lõigatud kanaleid, kasutades kõrge eraldusvõimega kaamerat, mis loob pinnast tuhandeid suurendatud 3D-kujutisi. Seejärel tõlgendab arvuti pilte matemaatiliselt, et rekonstrueerida marsruut, mille plaadimängija pliiats oleks läbi soonte läbinud. See virtuaalne tee teisendatakse digitaalseks helifailiks, mida saab esitada mis tahes sülearvutist või isegi YouTube'i üles laadida. Kogu protsess, mis võib kesta minutitest päevadeni, on tuntud kui IRENE, mis tähendab 'Image, Reconstruct, Erase Noise, etc'. Haber räägib varustusest, nagu oleks see meeskonna teine ​​liige.

IRENE on Haberi 30-aastase kõrgenergiafüüsika valdkonnas töötamise ootamatu kõrvalprodukt. 1980. aastatel olid Haber ja kolleegid esimeste seas, kes kasutasid ülitäpseid ränidetektoreid, mis iseloomustavad osakeste pihustamist suure energiaga osakeste kokkupõrgetes. Maailma kaks võimsaimat osakeste kiirendit – Fermilabi Tevatron väljaspool Chicagot ja CERNi suur hadronite põrkur (LHC), mis asub väljaspool Genfi, Šveitsis – on kasutanud neid detektoreid, et tõestada põhiosakeste – tippkvargi ja Higgsi bosoni – olemasolu. vastavalt.

'Ta on osakestefüüsika ränidetektorite valdkonnas tõesti üks suuremaid võlureid,' ütleb Beate Heinemann, LHC ATLAS-eksperimendi asepressiesindaja ja Haberi kolleeg Lawrence Berkeleys.

Ränidetektorid on kasulikud, kuna need annavad teadlastele täpseid mõõtmisi osakeste asukoha kohta ruumis, ütleb Haber. Iga detektor on väike üksus – vaid mõne tolli pikkune – ja paljud sajad on koondatud suureks massiiviks. Kokkupanemise ajal kasutavad teadlased kõrge eraldusvõimega kaameraid, et määrata iga detektori asukoht, kasutades selle pinnale söövitatud pisikesi märke, mida nimetatakse fiduaalideks. Detektorite paigutuse tundmine aitab hiljem kujundada ühtset pilti kõikidest põrkeris tekkivatest osakestest.

2000. aastate alguses, kui Haber töötas ATLASe kallal, hakkas ta mõtlema: 'Mida saaksime veel selliste kõrge eraldusvõimega tööriistadega teha?' Juhuslikult juhtus ta püüdma raadioteadet selle kohta, kuidas Kongressi raamatukogu ajaloolised helikogud olid liiga haprad või lagunenud, et neid esitada ja teistesse vormingutesse üle kanda. Just siis tabas inspiratsioon – miks mitte pildistada heliplaate osakestedetektorite uurimiseks kasutatavate seadmetega?

Mitu aastat ajas Haber seda ideed koos oma füüsikutest kolleegidega. Lõpuks tegi ta Lawrence Berkeley järeldoktorile Vitaliy Fadejevile ettepaneku proovida heli taasluua filmist ' Head ööd Irene,' ikoonide juhitud folkrühma The Weavers esitus Pete Seeger . Ränidetektoritele mõeldud kaamerasüsteemi kasutades jäädvustasid nad salvestusest pinnaandmed ja analüüsisid neid heliklipi saamiseks.

'See kõlas tegelikult nagu fonograafi plaat,' ütleb Haber.

Haber ja Fadejev avaldasid eksperimendi kohta artikli Audio Engineering Society ajakiri ja saatis selle külma kõnena kõigile, keda nad arvasid, et see võiks olla huvitatud. Kongressi raamatukogus oli digitaalse teisendamise spetsialist Peter Alyea juba märganud tänu varasemale mustandile, mille ta sai. Alyea ütleb, et Haberi ja Fadejevi helilõigud, kuigi toores, puudusid teatud moonutused, mis on tüüpilised teistele katsetele taaselustada vanu salvestisi. Ta võttis paariga ühendust ja need kolm said 2003. aastal peagi kokku, et välja töötada sihipärasem optiline süsteem. Pete Seegeri grupi laulu järgi panid nad sellele nimeks IRENE. A 2008 New York Times artikkel teemal varajane edu kaasas koostöösse Ameerika ajaloomuuseumi töö- ja tööstuse osakonna kuraatori Carlene Stephensi ja Volta kollektsiooni.

Haberi meeskond on sellest ajast peale skanninud sadu üksusi. 'See on taaselustamine,' ütleb Stephens. 'Meil olid need asjad aastakümneid olemas, arvasime, et need on vaiksed esemed.'

Võib-olla on Haberi sõnul nende töö suurim mõju varajaste antropoloogiliste välisalvestuste digiteerimine, mis sisaldavad suulisi traditsioone sellistelt rühmadelt nagu põlisameeriklased ja juudid endises Nõukogude Liidus. 'See oleks suur panus ja ma tahaksin, et see juhtuks,' ütleb ta. Ta lisab, et rohkemate masinate paigutamine üle maailma ja looduskaitsjate kogukonna loomine võiks muuta tema lootuse reaalsuseks. IRENE on juba loodud Washingtonis Berkeleys; Andover, Massachusetts; ja Chennai, India.

Kongressi raamatukogus veedavad Haber ja tema Washingtoni kolleegid terve pärastlõuna vahakujulisel plaadil, et saada helinäidis – jäme, kuid juurdepääsetav. Andmeid pole veel avaldatud, kuid kui need on, leiab ehk mõni teine ​​hääl tagasi ajalookoori.