Въпреки малкия си размер, протоните са невероятно важни. Те се намират в центъра на всеки атом в
Какво е протон?
Протонът е една от трите елементарни частицикоято е изградена обикновената материя. Протоните са част от атомните ядра. Това е поредният номер на химически елемент в периодичната таблица, който е равен на броя на протоните в неговото ядро. Заедно с неутрона протонът е част от всички атомни ядра, определяйки големината на електрическия им заряд.
Както повечето частици,Протоните имат въртене, което действа като малки магнити. Промяната на спина или полярността на протона може да изглежда като научна фантастика - защото всъщност засяга всичко във Вселената. Въпреки това, той е в основата на технологични пробиви, превърнали се в неразделна част от нашето ежедневие. Благодарение на изследването на въртенето на протоните, хората разполагат с технологии като магнитен резонанс (ЯМР), безценен медицински диагностичен инструмент. Въпреки тези постижения, вътрешната структура на протона остава загадка.
Защо това е важно?
По принцип всичко около нас съществуваблагодарение на протоните. И въпреки това все още не знаем много за тях. Една от огромните мистерии, които учените искат да разрешат, е въртенето на протона. Втората тайна е времето на живота му, Hi-Tech писа за това по-рано.
Разбиране как и защо се въртиПротонът ще доведе до технологичен напредък, който сега изглежда нереалистичен. Освен това ще помогне на учените да разберат силната сила, фундаменталното свойство, което придава на всички протони и следователно на атомите маса.
Те поддържат Вселената: как работят четирите основни сили на природата
Какъв е проблемът?
Ротацията не е лесна за разбиране.проблемът не е толкова прост. Първо, не можете просто да вземете протон и да го поставите в паничка на Петри. Както знаете, ротоните са неразбираемо малки - радиусът им едва достига една квадрилионна от метъра и видимата светлина преминава точно през тях. Освен това е невъзможно да се изследва вътрешността им с помощта на най-мощните електронни микроскопи в света.
Авторите на новото изследване обаче приближаватучени да разрешат тази заплетена протонна мистерия. По проекта са работили членове на H1 Collaboration, международна група, която в момента включва 150 учени от 50 институции и 15 държави. Седалището на проекта е базирано в националния изследователски център DESY в Германия. Авторът на новото изследване разработва алгоритми за машинно обучение, за да ускори анализа на данните, събрани с помощта на най-мощния електрон-протонен колайдер в света HERA. Работила е в DESY от 1992 до 2007 г.
Електрон-протонен колайдер HERA диспергирани иелектрони и протони почти до скоростта на светлината. Частиците се сблъскват челно, което може да разбие протона на съставните му части: кварки (показани като зелени и лилави топки на илюстрацията по-горе) и глуони (показани като черни намотки). Изображение: DESY
H1 спря да събира даннипрез 2007 когато HERA беше изведена от експлоатация. Въпреки това екипът на сътрудничеството все още анализира данните и публикува резултатите в научни списания.
Какво са направили учените?
При използване на конвенционални изчислителни методиМоже да отнеме година или повече за измерване на количества, свързани със структурата на протона и силната сила, като например колко частици се произвеждат, когато протон се сблъска с електрон. И ако един физик иска да изследва друга величина, например скоростта на частиците след кварк-глуонна струя, той ще трябва да започне дългия изчислителен процес отначало и да изчака още една година.
За да решат проблема, учените са използвалимашинно обучение. Нов инструмент, базиран на тази технология OmniFold, може да измерва множество количества едновременно. Това в крайна сметка намалява времето за анализ от няколко години до минути.
Как работи?
OmniFold работи, докато се използва едновременноневронни мрежи за комбиниране на компютърни симулации с данни. За да обобщим, невронната мрежа е инструмент за машинно обучение, който обработва сложни данни, които учените не могат да направят ръчно.
Изглед към тунела HERA. Снимка: DESY
Авторите на новото изследване първи използвахаOmniFold получи достъп до експерименталните данни H1 и публикува резултатите в списанието Physical Review Letters и най-скоро представи своите открития на конференцията за дълбоко нееластично разсейване (DIS) през 2022 г.
Помощ за суперкомпютър
Да разработи OmniFold и да го тестваспособност за работа с H1 данни, физиците внедриха нов суперкомпютър, Perlmutter, предназначен да поддържа симулации, анализ на данни и експерименти с изкуствен интелект, които изискват едновременното използване на множество GPU. Разработката му е завършена през 2021 г.
Суперкомпютърът Perlmutter, който е нареченв чест на космолога от лабораторията Бъркли и носител на Нобелова награда Саул Пърлмутер, той е оборудван със 128 графични процесора, които работят едновременно.
Основната задача на изчисленията е да се вземат предвид изкривяванията на детектора. Детекторът H1 проследява частици, но когато летят „наоколо“, а не през него, това може да изкриви данните.
Преди това, едновременна корекция на всички изкривяванияне беше възможно поради ограничените изчислителни методи. Разбирането на субатомната физика и техниките за анализ на данни напредна от 2007 г. насам. И сега учените могат да използват нови прозрения, за да анализират H1 данни.
Какво следва?
Днес интересът на физиците е подновенза експерименти на HERA с частици. Те се надяват да използват данните - и по-точно компютърно моделиране, базирано на инструменти като OmniFold - за анализиране на резултатите от бъдещи електронно-протонни експерименти, като следващото поколение Енергиен колайдер (Electron-Ion Collider, EIC). .
Той ще бъде построен в Brookhaven Nationalлаборатория в партньорство с Националния ускорителен комплекс Томас Джеферсън. Това ще бъде мощна и многофункционална „машина“, която ще сблъсква лъчи от високоенергийни поляризирани електрони с широк спектър от йони (или заредени атоми), включително поляризирани протони и някои поляризирани йони.
Както отбелязаха разработчиците на OmniFold, един ден теМетодът ще помогне на учените да отговорят на все още оставащите въпроси за силната сила. „Въпреки че тази работа може да не доведе до практически приложения в близко бъдеще, разбирането на градивните елементи на природата е много важно. Ако не изследваме сега, никога няма да разберем какви вълнуващи нови технологични постижения ще бъдат от полза за бъдещите общества“, заключават учените.
Прочетете още:
Археолозите официално потвърдиха легендите от Библията
Оказа се какво се случва с клетките на тялото, когато сърцето умре
Сигналът на Starlink е хакнат, за да се използва като алтернатива на GPS