AI revolutionerar astrofysik: Glombitza knäcker kosmiska strålningspussel!

AI revolutionerar astrofysik: Glombitza knäcker kosmiska strålningspussel!

Ett genombrott inom forskning om kosmisk strålning skulle kunna uppnås tack vare tillämpningen av artificiell intelligens (AI). Dr. Jonas Glombitza från Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) har utvecklat innovativa tekniker för dataanalys. Dessa visar att de mest energirika partiklarna som når jorden övervägande är tunga kärnor som kväve- eller järnatomer, snarare än protoner. Dessa fynd är en del av en omfattande studie utförd i samarbete med världens största observatorium för att studera kosmiska strålar, Pierre Auger Observatory i Argentina.

Glombitza började programmera maskininlärningsverktyg för att analysera partikelduschar vid RWTH Aachen University 2017. Sedan han flyttade till FAU 2022 har han fortsatt att arbeta med att förfina dessa tekniker. 2025 tilldelades han ETI Award, ett universitets talangfrämjande program, som ett erkännande av hans betydande bidrag till astrofysik. Han säger dock att termen "artificiell intelligens" ofta definieras annorlunda och han är ovillig att använda den.

Pierre Auger-observatoriet

De Pierre Augers observatorium är den största anläggningen för forskning om kosmiska strålar med en yta på 3 000 km². Anläggningen inkluderar 27 teleskop och 1 660 ytdetektorer inrymda i vattentankar. Observationerna fokuserar på den fluorescerande ljusemissionen som genereras av luftskurarna som skapas när primära partiklar interagerar med jordens atmosfär.

Teleskopen fungerar dock bara under optimala förhållanden, som klart, månlöst väder, vilket begränsar datainsamlingen. Trots dessa utmaningar kan AI-assisterad analys rekonstruera distributionsmönstren för partiklar från ytdetektorerna och uppskatta massan av de primära partiklarna. Denna teknik möjliggör utvärdering av cirka 60 000 partikelskurar inom en relativt kort tidsperiod – en uppgift som skulle ha krävt cirka 150 år av traditionella teleskopobservationer utan AI.

Utmaningar av kosmiska strålar

Kosmisk strålning, beskriven som högenergipartikelstrålning från solen, Vintergatan och avlägsna galaxer, består främst av protoner, elektroner och joniserade atomer. Varje primärpartikel skapar en partikeldusch som kan släppa ut upp till 10^11 sekundära partiklar. I jordens atmosfär träffar omkring 1 000 partiklar per kvadratmeter det yttre lagret varje dag.

Ett centralt mysterium inom fysiken rör ursprunget till högenergipartiklar, som har energier över 10^20 eV. Dessa partiklar förekommer extremt sällan, ungefär en partikel per kvadratkilometer per århundrade, och deras studier kräver stora detektoranläggningar som Pierre Auger-observatoriet. Över 250 forskare från 17 länder arbetar med dessa utmaningar som en del av Pierre Auger Collaboration.

Utöver de grundläggande forskningsämnena undersöks också AugerPrime-uppgraderingen av detektorn, som kombinerar olika typer av partikeldetektorer, inklusive optiska fluorescensteleskop och radioantenner. De uppmätta data kunde inte bara hjälpa till att lösa mysterierna kring kosmisk strålning, utan också studera deras effekter på strålningsexponering, särskilt för personer som reser med flyg.

Sammantaget illustrerar den nuvarande utvecklingen av tillämpningen av artificiell intelligens i astropartikelfysik de enorma möjligheter som uppstår från symbiosen mellan modern teknik och klassisk fysik. De extraordinära framstegen på detta område kan få långtgående konsekvenser för vår förståelse av kosmiska strålar och deras ursprung.