Kis méretük ellenére a protonok hihetetlenül fontosak. Minden atom közepén helyezkednek el
Mi az a proton?
A proton a három elemi részecske egyikeamely közönséges anyag épül. A protonok az atommagok részei. Egy kémiai elem sorozatszáma a periódusos rendszerben, amely megegyezik a magjában lévő protonok számával. A proton a neutronnal együtt minden atommag része, és meghatározza elektromos töltésének nagyságát.
Mint a legtöbb részecske,A protonoknak van egy forgásuk, amely apró mágnesként működik. A proton spinjének vagy polaritásának megváltoztatása tudományos-fantasztikusnak tűnhet – mert valójában mindenre hatással van az Univerzumban. Azonban ez az alapja azoknak a technológiai áttöréseknek, amelyek mindennapi életünk szerves részévé váltak. A protonspin tanulmányozásának köszönhetően az emberek olyan technológiákkal rendelkeznek, mint a mágneses rezonancia képalkotás (MRI), amely egy felbecsülhetetlen értékű orvosi diagnosztikai eszköz. Az ilyen eredmények ellenére a proton belső szerkezete továbbra is rejtély marad.
Miért fontos ez?
Alapvetően minden létezik körülöttünkprotonoknak köszönhetően. És mégis, még mindig nem tudunk róluk sokat. Az egyik hatalmas rejtély, amelyet a tudósok meg akarnak oldani, a proton forgása. A második titok az élete ideje, erről írt korábban a Hi-Tech.
Annak megértése, hogyan és miért forogA proton olyan technológiai fejlődéshez vezet, amely jelenleg irreálisnak tűnik. Ez abban is segít a tudósoknak, hogy megértsék az erős erőt, azt az alapvető tulajdonságot, amely minden protonnak, tehát az atomoknak tömeget ad.
Támogatják az univerzumot: hogyan működik a természet négy fő ereje
Mi a probléma?
A forgást nem könnyű megérteni.a probléma nem ilyen egyszerű. Először is, nem lehet egyszerűen egy protont venni és egy Petri-csészébe helyezni. Mint tudják, a rotonok felfoghatatlanul kicsik - sugaruk alig éri el a méter kvadrilliod részét, és a látható fény közvetlenül áthalad rajtuk. Ráadásul lehetetlen megvizsgálni a belsejét a világ legerősebb elektronmikroszkópjaival.
Az új tanulmány szerzői azonban közelebb hozzáktudósok, hogy megoldják ezt a kusza protonrejtélyt. A projekten a H1 Collaboration nevű nemzetközi csoport tagjai dolgoztak, amely jelenleg 150 tudóst foglal magában 50 intézményből és 15 országból. A projekt központja a németországi DESY nemzeti kutatóközpontban található. Az új tanulmány szerzője gépi tanulási algoritmusokat fejleszt a világ legerősebb elektron-proton ütköztetője, a HERA segítségével gyűjtött adatok elemzésének felgyorsítására. 1992 és 2007 között a DESY-nél dolgozott.
Elektron-proton ütköztető HERA diszpergált éselektronok és protonok csaknem fénysebességgel. A részecskék frontálisan ütköztek, ami a protont alkatrészeire bonthatta: kvarkra (a fenti ábrán zöld és lila golyóként látható) és gluonokra (fekete tekercsként). Kép: DESY
H1 leállította az adatgyűjtést2007-ben, amikor a HERA-t kivonták a működésből. Az együttműködő munkatársak azonban még mindig elemzik az adatokat, és az eredményeket tudományos folyóiratokban teszik közzé.
Mit tettek a tudósok?
Hagyományos számítási módszerek alkalmazásakorA protonszerkezettel és az erős erővel kapcsolatos mennyiségek mérése egy évig vagy tovább is eltarthat, például hány részecske keletkezik, amikor egy proton elektronnal ütközik. És ha egy fizikus egy másik mennyiséget akar tanulmányozni, például a részecskék sebességét egy kvark-gluon sugár nyomán, akkor elölről kell kezdenie a hosszú számítási folyamatot, és várnia kell még egy évet.
A probléma megoldására a tudósok használtákgépi tanulás. Az OmniFold technológián alapuló új műszer több mennyiség mérésére is képes egyidejűleg. Ez végül több évről percekre csökkenti az elemzési időt.
Hogyan működik?
Az OmniFold egyidejű használat közben is működikneurális hálózatok számítógépes szimulációk és adatok kombinálására. Összefoglalva, a neurális hálózat egy gépi tanulási eszköz, amely olyan összetett adatokat dolgoz fel, amelyeket a tudósok nem tudnak manuálisan elvégezni.
Kilátás a HERA alagútra. Fotó: DESY
Az új tanulmány szerzői alkalmazták előszörAz OmniFold hozzáfért a H1 kísérleti adataihoz, és közzétette az eredményeket a Physical Review Letters folyóiratban, legutóbb pedig a 2022-es Deep Inelastic Scattering (DIS) konferencián mutatta be eredményeiket.
Szuperszámítógép súgó
Az OmniFold fejlesztése és teszteléseA H1 adatokkal való munkavégzés képessége miatt a fizikusok egy új szuperszámítógépet, a Perlmuttert telepítették, amelyet több GPU egyidejű használatát igénylő szimulációk, adatelemzés és mesterséges intelligencia kísérletek támogatására tervezték. Fejlesztése 2021-ben fejeződött be.
A Perlmutter szuperszámítógép, melynek nevea Berkeley Lab kozmológusa és Nobel-díjas Saul Perlmutter tiszteletére 128 egyidejűleg működő grafikus processzorral van felszerelve.
A számítások központi feladata a detektortorzítások figyelembevétele. A H1 detektor nyomon követi a részecskéket, de amikor azok „körül” repülnek, nem pedig rajta keresztül, elferdítheti az adatokat.
Korábban az összes torzítás egyidejű korrekciójaez nem volt lehetséges a korlátozott számítási módszerek miatt. A szubatomi fizika és az adatelemzési technikák megértése 2007 óta fejlődött. És most a tudósok új ismereteket használhatnak a H1 adatok elemzéséhez.
Mi a következő?
Manapság a fizikusok érdeklődése megújulthogy HERA kísérletezzen részecskékkel. Azt remélik, hogy az adatokat – és az olyan eszközökön alapuló pontosabb számítógépes modellezést, mint az OmniFold – felhasználhatják a jövőbeli elektron-proton kísérletek eredményeinek elemzésére, mint például a következő generációs Energy Collider (EIC) következő generációs elektron-ion ütköztetője. .
A Brookhaven Nationalban épül fellaboratórium a Thomas Jefferson National Accelerator Complexszel együttműködve. Ez egy erős és sokoldalú "gép", amely nagy energiájú polarizált elektronok sugarait ütközteti ionok (vagy töltött atomok) széles skálájával, beleértve a polarizált protonokat és néhány polarizált iont.
Ahogy az OmniFold fejlesztői megjegyezték, egy nap őkA módszer segít a tudósoknak megválaszolni a még mindig fennálló kérdéseket az erős erővel kapcsolatban. „Bár ez a munka a közeljövőben nem vezet gyakorlati alkalmazáshoz, a természet építőköveinek megértése nagyon fontos. Ha most nem kutatunk, soha nem fogjuk megtudni, milyen izgalmas új technológiai fejlemények lesznek a jövő társadalmai hasznára” – zárják a tudósok.
Olvass tovább:
A régészek hivatalosan is megerősítették a Bibliából származó legendákat
Kiderült, mi történik a test sejtjeivel, ha a szív meghal
A Starlink jelet feltörték, hogy a GPS alternatívájaként használják