Unatoč svojoj maloj veličini, protoni su nevjerojatno važni. Nalaze se u središtu svakog atoma u
Što je proton?
Proton je jedna od tri elementarne česticekoja je obična materija građena. Protoni su dio atomskih jezgri. To je redni broj kemijskog elementa u periodnom sustavu koji je jednak broju protona u njegovoj jezgri. Zajedno s neutronom, proton je dio svih atomskih jezgri, određujući veličinu njezina električnog naboja.
Kao većina čestica,Protoni imaju vrtnju koja djeluje poput sićušnih magneta. Promjena spina ili polariteta protona može izgledati kao znanstvena fantastika - jer, zapravo, utječe na sve u Svemiru. No, to je temelj tehnoloških otkrića koja su postala sastavni dio naše svakodnevice. Zahvaljujući proučavanju vrtnje protona, ljudi imaju tehnologije poput magnetske rezonancije (MRI), neprocjenjivog medicinskog dijagnostičkog alata. Unatoč takvim postignućima, unutarnja struktura protona ostaje misterij.
Zašto je to važno?
Uglavnom sve oko nas postojizahvaljujući protonima. Pa ipak, još uvijek ne znamo puno o njima. Jedna od velikih misterija koju znanstvenici žele riješiti je rotacija protona. Druga tajna je vrijeme njegovog života, Hi-Tech je o tome ranije pisao.
Razumijevanje kako i zašto se rotiraProton će dovesti do tehnološkog napretka koji se sada čini nerealnim. Također će pomoći znanstvenicima da razumiju jaku silu, temeljno svojstvo koje svim protonima, a time i atomima, daje masu.
Oni podržavaju svemir: kako djeluju četiri glavne sile prirode
U čemu je problem?
Rotaciju nije lako razumjeti.problem nije tako jednostavan. Prvo, ne možete jednostavno uzeti proton i staviti ga u Petrijevu zdjelicu. Kao što znate, rotoni su neshvatljivo mali - njihov radijus jedva doseže jedan kvadrilijunti dio metra, a vidljiva svjetlost prolazi kroz njih. Štoviše, nemoguće je ispitati njihovu unutrašnjost pomoću najjačih svjetskih elektronskih mikroskopa.
Međutim, autori nove studije približavajuznanstvenicima da riješe ovu zapetljanu misteriju protona. Na projektu su radili članovi H1 kolaboracije, međunarodne grupe koja trenutno broji 150 znanstvenika iz 50 institucija i 15 zemalja. Sjedište projekta nalazi se u nacionalnom istraživačkom centru DESY u Njemačkoj. Autor nove studije razvija algoritme strojnog učenja kako bi ubrzao analizu podataka prikupljenih pomoću najsnažnijeg sudarača elektrona i protona na svijetu, HERA. U DESY-ju je radila od 1992. do 2007. godine.
Elektron-protonski sudarač HERA raspršen ielektrona, a protona gotovo do brzine svjetlosti. Čestice su se direktno sudarile, što je moglo razbiti proton na njegove sastavne dijelove: kvarkove (prikazane kao zelene i ljubičaste kuglice na gornjoj ilustraciji) i gluone (prikazane kao crne zavojnice). Slika: DESY
H1 prekinuo je prikupljanje podataka 2007. kada je HERA povučena iz pogona. Međutim, osoblje kolaboracije još uvijek analizira podatke i objavljuje rezultate u znanstvenim časopisima.
Što su znanstvenici učinili?
Pri korištenju konvencionalnih računskih metodaMože potrajati godinu dana ili više da se izmjere količine povezane sa strukturom protona i jakom silom, kao što je koliko čestica nastane kada se proton sudari s elektronom. A, ako fizičar želi proučavati neku drugu veličinu, na primjer, brzinu čestica u tragu kvark-gluonskog mlaza, morat će započeti dugi računski proces ispočetka i čekati još godinu dana.
Kako bi riješili problem, znanstvenici su koristilistrojno učenje. Novi instrument temeljen na ovoj OmniFold tehnologiji može mjeriti više veličina istovremeno. To u konačnici skraćuje vrijeme analize s nekoliko godina na minute.
Kako to funkcionira?
OmniFold radi dok se istovremeno koristineuronske mreže za kombiniranje računalnih simulacija s podacima. Da rezimiramo, neuronska mreža je alat za strojno učenje koji obrađuje složene podatke koje znanstvenici ne mogu raditi ručno.
Pogled na tunel HERA. Foto: DESY
Autori nove studije prvi su upotrijebiliOmniFold je pristupio H1 eksperimentalnim podacima i objavio rezultate u časopisu Physical Review Letters, a nedavno je predstavio svoja otkrića na Deep Inelastic Scattering (DIS) konferenciji 2022. godine.
Pomoć za superračunalo
Razviti OmniFold i testirati gaMogućnost rada s H1 podacima, fizičari su postavili novo superračunalo, Perlmutter, dizajnirano za podršku simulacijama, analizi podataka i eksperimentima s umjetnom inteligencijom koji zahtijevaju istovremenu upotrebu više GPU-ova. Njegov razvoj dovršen je 2021.
Perlmutter superračunalo, koje je nazvanou čast kozmologa Berkeley Laba i dobitnika Nobelove nagrade Saula Perlmuttera, opremljen je sa 128 grafičkih procesora koji rade istovremeno.
Središnji zadatak proračuna je uzeti u obzir izobličenja detektora. H1 detektor prati čestice, ali kada lete "okolo", a ne kroz njega, može iskriviti podatke.
Prethodno, istovremena korekcija svih izobličenjanije bilo moguće zbog ograničenih računskih metoda. Razumijevanje subatomske fizike i tehnika analize podataka napredovalo je od 2007. A sada znanstvenici mogu koristiti nove uvide za analizu H1 podataka.
Što je sljedeće?
Danas se ponovno zanimanje fizičarana HERA eksperimente s česticama. Nadaju se da će iskoristiti podatke—i točnije računalno modeliranje temeljeno na alatima kao što je OmniFold—za analizu rezultata budućih elektron-protonskih eksperimenata, kao što je Energy Collider sljedeće generacije. Electron-Ion Collider sljedeće generacije, EIC) .
Izgradit će se u Brookhaven Nationalulaboratorij u partnerstvu s Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Bit će to snažan i svestran "stroj" koji će sudarati zrake visokoenergetskih polariziranih elektrona sa širokim rasponom iona (ili nabijenih atoma), uključujući polarizirane protone i neke polarizirane ione.
Kao što su programeri OmniFolda primijetili, jednog su danaMetoda će pomoći znanstvenicima da odgovore na još preostala pitanja o jakoj sili. “Iako ovaj rad možda neće dovesti do praktičnih primjena u bliskoj budućnosti, razumijevanje sastavnih dijelova prirode vrlo je važno. Ako sada ne istražimo, nikada nećemo saznati koja će nova uzbudljiva tehnološka dostignuća koristiti budućim društvima”, zaključuju znanstvenici.
Čitaj više:
Arheolozi su službeno potvrdili legende iz Biblije
Pokazalo se što se događa sa stanicama tijela kada srce umre
Starlink signal hakiran kako bi se koristio kao alternativa GPS-u