Navzdory své malé velikosti jsou protony neuvěřitelně důležité. Jsou umístěny ve středu každého atomu v
Co je to proton?
Proton je jednou ze tří elementárních částickterá obyčejná hmota je postavena. Protony jsou součástí atomových jader. Je to pořadové číslo chemického prvku v periodické tabulce, které se rovná počtu protonů v jeho jádře. Spolu s neutronem je proton součástí všech atomových jader a určuje velikost jeho elektrického náboje.
Stejně jako většina částic,Protony mají rotaci, která působí jako malé magnety. Změna spinu nebo polarity protonu se může zdát jako sci-fi – protože ve skutečnosti ovlivňuje vše ve vesmíru. Je však základem technologických objevů, které se staly nedílnou součástí našeho každodenního života. Díky studiu protonové rotace mají lidé k dispozici technologie, jako je zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), neocenitelný lékařský diagnostický nástroj. Navzdory těmto úspěchům zůstává vnitřní struktura protonu záhadou.
Proč je to důležité?
V podstatě všechno kolem nás existujedíky protonu. A přesto o nich stále moc nevíme. Jednou z obrovských záhad, kterou chtějí vědci vyřešit, je rotace protonu. Druhým tajemstvím je doba jeho života, o tom již dříve psal Hi-Tech.
Pochopení, jak a proč se točíProton povede k technologickému pokroku, který se nyní zdá nereálný. Pomůže také vědcům pochopit silnou sílu, základní vlastnost, která dává všem protonům, a tedy i atomům, hmotnost.
Podporují vesmír: jak fungují čtyři hlavní síly přírody
Co je za problém?
Rotaci není snadné pochopit.problém není tak jednoduchý. Za prvé, nemůžete jednoduše vzít proton a umístit ho do Petriho misky. Jak víte, rotony jsou nepochopitelně malé – jejich poloměr sotva dosahuje kvadriliontiny metru a viditelné světlo jimi prochází přímo. Navíc je nemožné zkoumat jejich vnitřnosti pomocí nejvýkonnějších elektronových mikroskopů na světě.
Autoři nové studie však přibližujívědci k vyřešení této zamotané protonové záhady. Na projektu pracovali členové mezinárodní skupiny H1 Collaboration, která v současnosti zahrnuje 150 vědců z 50 institucí a 15 zemí. Centrála projektu sídlí v národním výzkumném centru DESY v Německu. Autor nové studie vyvíjí algoritmy strojového učení pro urychlení analýzy dat shromážděných pomocí nejvýkonnějšího elektron-protonového srážeče na světě HERA. Pracovala ve společnosti DESY od roku 1992 do roku 2007.
Srážeč elektronů a protonů HERA dispergoval aelektrony a protony téměř rychlostí světla. Částice se čelně srazily, což by mohlo rozbít proton na jeho složky: kvarky (zobrazené jako zelené a fialové kuličky na obrázku výše) a gluony (zobrazené jako černé spirály). Obrázek: DESY
H1 přestal shromažďovat datav 2007 kdy byla HERA vyřazena z provozu. Spolupracovníci však stále analyzují data a publikují výsledky ve vědeckých časopisech.
Co vědci udělali?
Při použití konvenčních výpočetních metodMěření množství souvisejících s protonovou strukturou a silnou silou může trvat rok i déle, například kolik částic vznikne, když se proton srazí s elektronem. A pokud chce fyzik studovat jinou veličinu, například rychlost částic v důsledku kvark-gluonového jetu, bude muset začít dlouhý výpočetní proces znovu a počkat další rok.
K vyřešení problému použili vědcistrojové učení. Nový přístroj založený na této technologii OmniFold dokáže měřit více veličin současně. To v konečném důsledku zkracuje dobu analýzy z několika let na minuty.
Jak to funguje?
OmniFold funguje při současném používáníneuronové sítě pro kombinování počítačových simulací s daty. Abychom to shrnuli, neuronová síť je nástroj strojového učení, který zpracovává složitá data, která vědci nemohou dělat ručně.
Pohled na tunel HERA. Foto: DESY
Jako první použili autoři nové studieSpolečnost OmniFold přistoupila k experimentálním datům H1 a publikovala výsledky v časopise Physical Review Letters a naposledy prezentovala svá zjištění na konferenci Deep Inelastic Scattering (DIS) 2022.
Nápověda k superpočítači
Vyvinout OmniFold a otestovat jejDíky schopnosti pracovat s daty H1 fyzici nasadili nový superpočítač Perlmutter navržený pro podporu simulací, analýzy dat a experimentů s umělou inteligencí, které vyžadují současné použití více GPU. Jeho vývoj byl dokončen v roce 2021.
Superpočítač Perlmutter, který se jmenujena počest kosmologa Berkeley Lab a nositele Nobelovy ceny Saula Perlmuttera je vybaven 128 grafickými procesory, které pracují současně.
Ústředním úkolem výpočtů je zohlednit zkreslení detektoru. Detektor H1 sleduje částice, ale když létají „kolem“, nikoli skrz něj, může zkreslit data.
Dříve současná korekce všech zkreslenínebylo možné kvůli omezeným výpočetním metodám. Pochopení subatomární fyziky a technik analýzy dat pokročilo od roku 2007. A nyní mohou vědci použít nové poznatky k analýze dat H1.
Co bude dál?
Dnes fyzici obnovili zájemdo HERA experimentuje s částicemi. Doufají, že využijí data – a přesnější počítačové modelování založené na nástrojích jako OmniFold – k analýze výsledků budoucích elektron-protonových experimentů, jako je urychlovač energie nové generace. Elektron-iontový urychlovač nové generace, EIC) .
Bude postaven v Brookhaven Nationallaboratoř ve spolupráci s Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Půjde o výkonný a všestranný „stroj“, který bude srážet paprsky vysokoenergetických polarizovaných elektronů se širokou škálou iontů (nebo nabitých atomů), včetně polarizovaných protonů a některých polarizovaných iontů.
Jak poznamenali vývojáři OmniFold, jednoho dne anoMetoda pomůže vědcům odpovědět na stále zbývající otázky o silné síle. „I když tato práce nemusí v blízké budoucnosti vést k praktickým aplikacím, pochopení stavebních kamenů přírody je velmi důležité. Pokud nebudeme zkoumat nyní, nikdy se nedozvíme, jaké vzrušující nové technologické pokroky budou přínosem pro budoucí společnosti,“ uzavírají vědci.
Přečtěte si více:
Archeologové oficiálně potvrdili legendy z Bible
Ukázalo se, co se stane s buňkami těla, když srdce zemře
Signál Starlink byl hackerem použit jako alternativa k GPS