L'intelligenza artificiale rivoluziona l'astrofisica: Glombitza risolve i puzzle delle radiazioni cosmiche!

L'intelligenza artificiale rivoluziona l'astrofisica: Glombitza risolve i puzzle delle radiazioni cosmiche!

Una svolta nella ricerca sui raggi cosmici potrebbe essere raggiunta grazie all’applicazione dell’intelligenza artificiale (AI). Il dottor Jonas Glombitza dell'Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) ha sviluppato tecniche innovative per l'analisi dei dati. Questi mostrano che le particelle più energetiche che raggiungono la Terra sono prevalentemente nuclei pesanti come atomi di azoto o ferro, piuttosto che protoni. Questi risultati fanno parte di uno studio approfondito condotto in collaborazione con il più grande osservatorio mondiale per lo studio dei raggi cosmici, l'Osservatorio Pierre Auger in Argentina.

Glombitza ha iniziato a programmare strumenti di apprendimento automatico per l’analisi degli sciami di particelle presso l’Università RWTH di Aquisgrana nel 2017. Da quando si è trasferito alla FAU nel 2022, ha continuato a lavorare per perfezionare queste tecniche. Nel 2025 gli è stato assegnato l'ETI Award, un programma universitario di promozione dei talenti, riconoscendo i suoi significativi contributi all'astrofisica. Tuttavia, afferma che il termine “intelligenza artificiale” viene spesso definito in modo diverso ed è riluttante a usarlo.

L'Osservatorio Pierre Auger

IL Osservatorio Pierre Auger è la più grande struttura per la ricerca sui raggi cosmici con una superficie di 3.000 km². La struttura comprende 27 telescopi e 1.660 rilevatori di superficie alloggiati in serbatoi d'acqua. Le osservazioni si concentrano sull'emissione di luce fluorescente generata dagli sciami atmosferici creati quando le particelle primarie interagiscono con l'atmosfera terrestre.

Tuttavia, i telescopi funzionano solo in condizioni ottimali, come tempo sereno e senza luna, che limita la raccolta dei dati. Nonostante queste sfide, l’analisi assistita dall’intelligenza artificiale può ricostruire i modelli di distribuzione delle particelle dai rilevatori di superficie e stimare la massa delle particelle primarie. Questa tecnologia consente la valutazione di circa 60.000 sciami di particelle in un periodo di tempo relativamente breve, un compito che avrebbe richiesto circa 150 anni di osservazioni telescopiche tradizionali senza l’intelligenza artificiale.

Le sfide dei raggi cosmici

I raggi cosmici, descritti come radiazioni di particelle ad alta energia provenienti dal Sole, dalla Via Lattea e da galassie distanti, sono costituiti principalmente da protoni, elettroni e atomi ionizzati. Ogni particella primaria crea uno sciame di particelle che può rilasciare fino a 10^11 particelle secondarie. Nell'atmosfera terrestre ogni giorno circa 1.000 particelle per metro quadrato colpiscono lo strato esterno.

Un mistero centrale in fisica riguarda l'origine delle particelle ad alta energia, che hanno energie superiori a 10^20 eV. Queste particelle si verificano estremamente raramente, circa una particella per chilometro quadrato per secolo, e il loro studio richiede grandi strutture di rilevamento come l’Osservatorio Pierre Auger. Oltre 250 scienziati provenienti da 17 paesi stanno lavorando su queste sfide nell’ambito della collaborazione Pierre Auger.

Oltre agli argomenti di ricerca fondamentali, viene studiato anche l'aggiornamento AugerPrime del rilevatore, che combina diversi tipi di rilevatori di particelle, inclusi telescopi ottici a fluorescenza e antenne radio. I dati misurati potrebbero non solo aiutare a risolvere i misteri che circondano i raggi cosmici, ma anche studiare i loro effetti sull’esposizione alle radiazioni, in particolare per le persone che viaggiano in aereo.

Nel complesso, gli attuali sviluppi nell’applicazione dell’intelligenza artificiale nella fisica delle astroparticelle illustrano le enormi possibilità che derivano dalla simbiosi tra la tecnologia moderna e la fisica classica. Gli straordinari progressi in quest’area potrebbero avere implicazioni di vasta portata per la nostra comprensione dei raggi cosmici e delle loro origini.