Sztuczna inteligencja rewolucjonizuje astrofizykę: Glombitza rozwiązuje zagadki dotyczące promieniowania kosmicznego!

Sztuczna inteligencja rewolucjonizuje astrofizykę: Glombitza rozwiązuje zagadki dotyczące promieniowania kosmicznego!

Przełom w badaniach nad promieniowaniem kosmicznym można osiągnąć dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji (AI). Dr Jonas Glombitza z Centrum Fizyki Astrocząstek w Erlangen (ECAP) opracował innowacyjne techniki analizy danych. Pokazują one, że najbardziej energetyczne cząstki docierające do Ziemi to głównie ciężkie jądra, takie jak atomy azotu lub żelaza, a nie protony. Odkrycia te stanowią część kompleksowych badań przeprowadzonych we współpracy z największym na świecie obserwatorium badania promieni kosmicznych, Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie.

Glombitza rozpoczął programowanie narzędzi uczenia maszynowego do analizy pęków cząstek na Uniwersytecie RWTH w Aachen w 2017 r. Od czasu przejścia do FAU w 2022 r. kontynuuje prace nad udoskonalaniem tych technik. W 2025 roku otrzymał nagrodę ETI Award, uniwersytecki program promocji talentów, w uznaniu jego znaczącego wkładu w astrofizykę. Mówi jednak, że termin „sztuczna inteligencja” jest często definiowany inaczej i niechętnie go używa.

Obserwatorium Pierre'a Augera

The Obserwatorium Pierre'a Augera to największy obiekt do badań promieni kosmicznych o powierzchni 3000 km². W obiekcie znajduje się 27 teleskopów i 1660 detektorów powierzchniowych umieszczonych w zbiornikach wodnych. Obserwacje koncentrują się na emisji światła fluorescencyjnego generowanego przez pęki powietrzne powstające, gdy cząstki pierwotne oddziałują z atmosferą ziemską.

Teleskopy działają jednak tylko w optymalnych warunkach, takich jak bezksiężycowa pogoda, co ogranicza gromadzenie danych. Pomimo tych wyzwań analiza wspomagana sztuczną inteligencją może zrekonstruować wzorce rozkładu cząstek z detektorów powierzchniowych i oszacować masę cząstek pierwotnych. Technologia ta umożliwia ocenę około 60 000 pęków cząstek w stosunkowo krótkim czasie – zadanie, które wymagałoby około 150 lat tradycyjnych obserwacji teleskopowych bez sztucznej inteligencji.

Wyzwania związane z promieniowaniem kosmicznym

Promienie kosmiczne, określane jako wysokoenergetyczne promieniowanie cząsteczkowe pochodzące ze Słońca, Drogi Mlecznej i odległych galaktyk, składają się głównie z protonów, elektronów i zjonizowanych atomów. Każda cząstka pierwotna tworzy deszcz cząstek, który może uwolnić do 10^11 cząstek wtórnych. W atmosferze ziemskiej każdego dnia około 1000 cząstek na metr kwadratowy uderza w zewnętrzną warstwę.

Główną zagadką fizyki jest pochodzenie cząstek wysokoenergetycznych, których energie przekraczają 10^20 eV. Cząstki te występują niezwykle rzadko, około jednej cząstki na kilometr kwadratowy na stulecie, a ich badanie wymaga dużych detektorów, takich jak Obserwatorium Pierre Auger. Ponad 250 naukowców z 17 krajów pracuje nad tymi wyzwaniami w ramach współpracy Pierre Auger.

Oprócz podstawowych tematów badawczych, badana jest również modernizacja detektora AugerPrime, która łączy w sobie różne typy detektorów cząstek, w tym optyczne teleskopy fluorescencyjne i anteny radiowe. Zmierzone dane mogą nie tylko pomóc w rozwiązaniu tajemnic otaczających promienie kosmiczne, ale także zbadać ich wpływ na narażenie na promieniowanie, szczególnie w przypadku osób podróżujących samolotem.

Ogólnie rzecz biorąc, obecny rozwój zastosowań sztucznej inteligencji w fizyce astrocząstek ilustruje ogromne możliwości, jakie wynikają z symbiozy między nowoczesną technologią a fizyką klasyczną. Niezwykły postęp w tej dziedzinie może mieć daleko idące konsekwencje dla naszego zrozumienia promieni kosmicznych i ich pochodzenia.