A mesterséges intelligencia forradalmasítja az asztrofizikát: Glombitza feltöri a kozmikus sugárzással kapcsolatos rejtvényeket!

A mesterséges intelligencia forradalmasítja az asztrofizikát: Glombitza feltöri a kozmikus sugárzással kapcsolatos rejtvényeket!

A mesterséges intelligencia (AI) alkalmazásának köszönhetően áttörést lehet elérni a kozmikus sugárzás kutatásában. Dr. Jonas Glombitza, az Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) munkatársa innovatív adatelemzési technikákat fejlesztett ki. Ezek azt mutatják, hogy a Földet elérő legenergiásabb részecskék túlnyomórészt nehéz atommagok, például nitrogén- vagy vasatomok, nem pedig protonok. Ezek az eredmények egy átfogó tanulmány részét képezik, amelyet a világ legnagyobb kozmikus sugarakat vizsgáló obszervatóriumával, az argentin Pierre Auger Obszervatóriummal együttműködésben végeztek.

Glombitza 2017-ben kezdett programozni gépi tanulási eszközöket a részecskezáporok elemzésére az RWTH Aacheni Egyetemen. Amióta 2022-ben a FAU-hoz költözött, továbbra is dolgozik ezen technikák finomításán. 2025-ben elnyerte az ETI-díjat, egy egyetemi tehetséggondozó programot, amellyel elismerték az asztrofizikához való jelentős hozzájárulását. Azt mondja azonban, hogy a „mesterséges intelligencia” kifejezést gyakran másképpen definiálják, és nem szívesen használja.

Pierre Auger Obszervatórium

A Pierre Auger Obszervatórium a kozmikus sugarak kutatásának legnagyobb létesítménye, 3000 km² területtel. A létesítmény 27 távcsövet és 1660 felszíni detektort foglal magában, amelyek víztartályokban helyezkednek el. A megfigyelések a primer részecskék és a Föld légkörének kölcsönhatása során keletkező légzáporok fluoreszkáló fénykibocsátására összpontosítanak.

A teleszkópok azonban csak optimális körülmények között működnek, például tiszta, hold nélküli időben, ami korlátozza az adatgyűjtést. E kihívások ellenére a mesterséges intelligencia által támogatott elemzés rekonstruálni tudja a felületi detektorokból származó részecskék eloszlási mintázatait, és megbecsülheti az elsődleges részecskék tömegét. Ez a technológia körülbelül 60 000 részecskezápor kiértékelését teszi lehetővé viszonylag rövid időn belül – ez a feladat körülbelül 150 évnyi hagyományos teleszkópos megfigyelést igényelt volna mesterséges intelligencia nélkül.

A kozmikus sugarak kihívásai

A kozmikus sugarak, amelyeket a Napból, a Tejútrendszerből és a távoli galaxisokból származó nagy energiájú részecskesugárzásnak neveznek, elsősorban protonokból, elektronokból és ionizált atomokból állnak. Minden elsődleges részecske részecskezáport hoz létre, amely akár 10^11 másodlagos részecskét is képes felszabadítani. A Föld légkörében négyzetméterenként körülbelül 1000 részecske éri a külső réteget naponta.

A fizika központi rejtélye a nagyenergiájú részecskék eredete, amelyek energiája meghaladja a 10^20 eV-ot. Ezek a részecskék rendkívül ritkán fordulnak elő, körülbelül egy részecske négyzetkilométerenként évszázadonként, és vizsgálatukhoz nagy detektorlétesítményekre van szükség, mint például a Pierre Auger Obszervatórium. 17 ország több mint 250 tudósa dolgozik ezeken a kihívásokon a Pierre Auger Együttműködés részeként.

Az alapkutatási témák mellett a különböző típusú részecskedetektorokat, köztük optikai fluoreszcens teleszkópokat és rádióantennákat kombináló detektor AugerPrime fejlesztését is vizsgálják. A mért adatok nemcsak a kozmikus sugarakat övező rejtélyek megfejtésében segíthetnek, hanem a sugárterhelésre gyakorolt ​​hatásukat is tanulmányozhatják, különösen a légi úton utazók esetében.

Összességében a mesterséges intelligencia asztrorészecskefizikában való alkalmazásának jelenlegi fejleményei jól szemléltetik a modern technológia és a klasszikus fizika szimbiózisából adódó óriási lehetőségeket. Az ezen a területen elért rendkívüli előrehaladás messzemenő következményekkel járhat a kozmikus sugarak és eredetük megértésében.