L'IA révolutionne l'astrophysique : Glombitza résout les énigmes du rayonnement cosmique !

L'IA révolutionne l'astrophysique : Glombitza résout les énigmes du rayonnement cosmique !

Une percée dans la recherche sur les rayons cosmiques pourrait être réalisée grâce à l’application de l’intelligence artificielle (IA). Le Dr Jonas Glombitza du Centre de physique des astroparticules d'Erlangen (ECAP) a développé des techniques innovantes d'analyse des données. Celles-ci montrent que les particules les plus énergétiques qui atteignent la Terre sont principalement des noyaux lourds tels que des atomes d'azote ou de fer, plutôt que des protons. Ces résultats font partie d'une étude approfondie menée en collaboration avec le plus grand observatoire au monde pour l'étude des rayons cosmiques, l'Observatoire Pierre Auger en Argentine.

Glombitza a commencé à programmer des outils d’apprentissage automatique pour analyser les gerbes de particules à l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle en 2017. Depuis son arrivée à la FAU en 2022, il a continué à travailler au perfectionnement de ces techniques. En 2025, il a reçu le prix ETI, un programme universitaire de promotion des talents, reconnaissant ses contributions significatives à l'astrophysique. Cependant, il affirme que le terme « intelligence artificielle » est souvent défini différemment et qu’il hésite à l’utiliser.

L'Observatoire Pierre Auger

Le Observatoire Pierre Auger est la plus grande installation de recherche sur les rayons cosmiques avec une superficie de 3 000 km². L'installation comprend 27 télescopes et 1 660 détecteurs de surface logés dans des réservoirs d'eau. Les observations se concentrent sur l'émission de lumière fluorescente générée par les gerbes d'air créées lorsque les particules primaires interagissent avec l'atmosphère terrestre.

Cependant, les télescopes ne fonctionnent que dans des conditions optimales, comme par temps clair et sans lune, ce qui limite la collecte de données. Malgré ces défis, l’analyse assistée par l’IA peut reconstruire les modèles de distribution des particules à partir des détecteurs de surface et estimer la masse des particules primaires. Cette technologie permet d’évaluer environ 60 000 gerbes de particules dans un laps de temps relativement court – une tâche qui aurait nécessité environ 150 ans d’observations télescopiques traditionnelles sans IA.

Les défis des rayons cosmiques

Les rayons cosmiques, décrits comme un rayonnement de particules de haute énergie provenant du Soleil, de la Voie lactée et des galaxies lointaines, sont principalement constitués de protons, d'électrons et d'atomes ionisés. Chaque particule primaire crée une pluie de particules pouvant libérer jusqu'à 10 ^ 11 particules secondaires. Dans l'atmosphère terrestre, environ 1 000 particules par mètre carré frappent chaque jour la couche externe.

Un mystère central en physique concerne l’origine des particules de haute énergie, dont les énergies sont supérieures à 10^20 eV. Ces particules sont extrêmement rares, environ une particule par kilomètre carré et par siècle, et leur étude nécessite de grands moyens de détection comme l'Observatoire Pierre Auger. Plus de 250 scientifiques de 17 pays travaillent sur ces défis au sein de la Collaboration Pierre Auger.

Outre les sujets de recherche fondamentaux, la mise à niveau AugerPrime du détecteur, qui combine différents types de détecteurs de particules, notamment des télescopes optiques à fluorescence et des antennes radio, est également à l'étude. Les données mesurées pourraient non seulement aider à résoudre les mystères entourant les rayons cosmiques, mais également étudier leurs effets sur l’exposition aux rayonnements, en particulier pour les personnes voyageant en avion.

Dans l’ensemble, les développements actuels dans l’application de l’intelligence artificielle à la physique des astroparticules illustrent les énormes possibilités qui découlent de la symbiose entre la technologie moderne et la physique classique. Les progrès extraordinaires dans ce domaine pourraient avoir des implications considérables sur notre compréhension des rayons cosmiques et de leurs origines.