AI revolusjonerer astrofysikk: Glombitza knekker kosmiske strålingsoppgaver!

AI revolusjonerer astrofysikk: Glombitza knekker kosmiske strålingsoppgaver!

Et gjennombrudd innen kosmisk stråleforskning kan oppnås takket være bruken av kunstig intelligens (AI). Dr. Jonas Glombitza fra Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) har utviklet innovative teknikker for dataanalyse. Disse viser at de mest energiske partiklene som når Jorden hovedsakelig er tunge kjerner som nitrogen- eller jernatomer, snarere enn protoner. Disse funnene er en del av en omfattende studie utført i samarbeid med verdens største observatorium for å studere kosmiske stråler, Pierre Auger-observatoriet i Argentina.

Glombitza begynte å programmere maskinlæringsverktøy for å analysere partikkeldusjer ved RWTH Aachen University i 2017. Siden han flyttet til FAU i 2022, har han fortsatt å jobbe med å foredle disse teknikkene. I 2025 ble han tildelt ETI Award, et talentfremmende program for universiteter, som anerkjenner hans betydelige bidrag til astrofysikk. Imidlertid sier han at begrepet "kunstig intelligens" ofte defineres annerledes, og han er motvillig til å bruke det.

Pierre Auger-observatoriet

De Pierre Auger-observatoriet er det største anlegget for forskning på kosmiske stråler med et areal på 3000 km². Anlegget inkluderer 27 teleskoper og 1660 overflatedetektorer plassert i vanntanker. Observasjonene fokuserer på det fluorescerende lyset som genereres av luftdusjene som skapes når primærpartikler samhandler med jordens atmosfære.

Teleskopene fungerer imidlertid bare under optimale forhold, for eksempel klart, måneløst vær, noe som begrenser datainnsamlingen. Til tross for disse utfordringene kan AI-assistert analyse rekonstruere distribusjonsmønstrene til partikler fra overflatedetektorene og estimere massen til primærpartiklene. Denne teknologien muliggjør evaluering av rundt 60 000 partikkeldusjer i løpet av relativt kort tid – en oppgave som ville ha krevd rundt 150 år med tradisjonelle teleskopiske observasjoner uten AI.

Utfordringer med kosmiske stråler

Kosmiske stråler, beskrevet som høyenergipartikkelstråling fra Solen, Melkeveien og fjerne galakser, består først og fremst av protoner, elektroner og ioniserte atomer. Hver primærpartikkel lager en partikkeldusj som kan frigjøre opptil 10^11 sekundære partikler. I jordens atmosfære treffer rundt 1000 partikler per kvadratmeter det ytre laget hver dag.

Et sentralt mysterium i fysikk gjelder opprinnelsen til høyenergipartikler, som har energier over 10^20 eV. Disse partiklene forekommer ekstremt sjelden, omtrent én partikkel per kvadratkilometer per århundre, og deres studie krever store detektoranlegg som Pierre Auger-observatoriet. Over 250 forskere fra 17 land jobber med disse utfordringene som en del av Pierre Auger-samarbeidet.

I tillegg til de grunnleggende forskningstemaene, undersøkes også AugerPrime-oppgraderingen av detektoren, som kombinerer ulike typer partikkeldetektorer, inkludert optiske fluorescensteleskoper og radioantenner. De målte dataene kunne ikke bare hjelpe til med å løse mysteriene rundt kosmiske stråler, men også studere effektene deres på strålingseksponering, spesielt for mennesker i flyreiser.

Samlet sett illustrerer den nåværende utviklingen innen anvendelse av kunstig intelligens i astropartikkelfysikk de enorme mulighetene som oppstår fra symbiosen mellom moderne teknologi og klassisk fysikk. Den ekstraordinære fremgangen på dette området kan ha vidtrekkende implikasjoner for vår forståelse av kosmiske stråler og deres opprinnelse.