Nepaisant mažo dydžio, protonai yra nepaprastai svarbūs. Jie yra kiekvieno atomo centre
Kas yra protonas?
Protonas yra viena iš trijų elementariųjų daleliųkuri eilinė materija pastatyta. Protonai yra atomo branduolių dalis. Tai cheminio elemento serijos numeris periodinėje lentelėje, lygus protonų skaičiui jo branduolyje. Kartu su neutronu protonas yra visų atomų branduolių dalis, lemiantis jo elektros krūvio dydį.
Kaip ir dauguma dalelių,Protonai turi sukimąsi, kuris veikia kaip maži magnetai. Protono sukimosi ar poliškumo keitimas gali atrodyti kaip mokslinė fantastika – nes iš tikrųjų tai veikia viską Visatoje. Tačiau tai yra technologinių proveržių, kurie tapo neatsiejama mūsų kasdienio gyvenimo dalimi, pagrindas. Dėl protonų sukimosi tyrimo žmonės turi tokias technologijas kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT), neįkainojama medicininės diagnostikos priemonė. Nepaisant tokių pasiekimų, vidinė protono struktūra tebėra paslaptis.
Kodėl tai svarbu?
Iš esmės viskas, kas mus supa, egzistuojaprotonų dėka. Ir vis dėlto mes vis dar daug apie juos nežinome. Viena iš didžiulių paslapčių, kurią mokslininkai nori įminti, yra protono sukimasis. Antroji paslaptis yra jo gyvenimo laikas, apie tai Hi-Tech rašė anksčiau.
Supratimas, kaip ir kodėl jis sukasiProtonas lems technologinę pažangą, kuri dabar atrodo nereali. Tai taip pat padės mokslininkams suprasti stiprią jėgą, pagrindinę savybę, suteikiančią visiems protonams, taigi ir atomams, masę.
Jie palaiko visatą: kaip veikia keturios pagrindinės gamtos jėgos
Kokia problema?
Rotaciją nėra lengva suprasti.problema nėra tokia paprasta. Pirma, jūs negalite tiesiog paimti protono ir įdėti jo į Petri lėkštelę. Kaip žinia, rotonai yra nesuvokiamai maži – jų spindulys vos siekia vieną kvadrilijonąją metro dalį, o matoma šviesa prasiskverbia tiesiai pro juos. Be to, jų vidaus neįmanoma ištirti naudojant galingiausius pasaulyje elektroninius mikroskopus.
Tačiau naujojo tyrimo autoriai priartinamokslininkai, norėdami išspręsti šią painią protonų paslaptį. Prie projekto dirbo H1 Collaboration – tarptautinės grupės, kurią šiuo metu sudaro 150 mokslininkų iš 50 institucijų ir 15 šalių, nariai. Projekto būstinė yra nacionaliniame tyrimų centre DESY Vokietijoje. Naujojo tyrimo autorius kuria mašininio mokymosi algoritmus, kad paspartintų duomenų, surinktų naudojant galingiausią pasaulyje elektronų-protonų greitintuvą HERA, analizę. Ji dirbo DESY nuo 1992 iki 2007 m.
Elektronų-protonų greitintuvas HERA išsklaidytas irelektronų, o protonų – beveik šviesos greičiu. Dalelės susidūrė kaktomuša, o tai galėjo suskaidyti protoną į jo sudedamąsias dalis: kvarkus (aukščiau pateiktoje iliustracijoje pavaizduoti kaip žali ir violetiniai rutuliukai) ir gliuonus (pavaizduoti kaip juodos ritės). Vaizdas: DESY
H1 nutraukė duomenų rinkimą2007 m. kai HERA nebeveikė. Tačiau bendradarbiaujantys darbuotojai vis dar analizuoja duomenis ir publikuoja rezultatus moksliniuose žurnaluose.
Ką padarė mokslininkai?
Naudojant įprastinius skaičiavimo metodusGali užtrukti metus ar ilgiau, norint išmatuoti kiekius, susijusius su protonų struktūra ir stipria jėga, pvz., kiek dalelių susidaro, kai protonas susiduria su elektronu. Ir jei fizikas nori ištirti kitą dydį, pavyzdžiui, dalelių greitį, veikiant kvarko-gliuono srautui, jis turės pradėti ilgą skaičiavimo procesą iš naujo ir palaukti dar metus.
Norėdami išspręsti problemą, mokslininkai naudojomašininis mokymasis. Naujas prietaisas, pagrįstas šia OmniFold technologija, gali matuoti kelis kiekius vienu metu. Tai galiausiai sutrumpina analizės laiką nuo kelerių metų iki minučių.
Kaip tai veikia?
OmniFold veikia tuo pačiu metu naudojantneuroniniai tinklai, skirti kompiuteriniam modeliavimui derinti su duomenimis. Apibendrinant galima pasakyti, kad neuroninis tinklas yra mašininio mokymosi įrankis, apdorojantis sudėtingus duomenis, kurių mokslininkai negali atlikti rankiniu būdu.
Vaizdas į HERA tunelį. Nuotrauka: DESY
Pirmieji panaudojo naujojo tyrimo autoriai„OmniFold“ pasiekė H1 eksperimentinius duomenis ir paskelbė rezultatus žurnale „Physical Review Letters“, o neseniai savo išvadas pristatė 2022 m. „Deep Neelastic Scattering“ (DIS) konferencijoje.
Superkompiuterio pagalba
Kurti OmniFold ir išbandytigebėjimas dirbti su H1 duomenimis, fizikai įdiegė naują superkompiuterį Perlmutter, skirtą palaikyti modeliavimą, duomenų analizę ir dirbtinio intelekto eksperimentus, kuriems vienu metu reikia naudoti kelis GPU. Jo kūrimas buvo baigtas 2021 m.
Perlmutterio superkompiuteris, kuris pavadintasBerkeley Lab kosmologo ir Nobelio premijos laureato Saulio Perlmutterio garbei jame sumontuoti 128 grafikos procesoriai, kurie veikia vienu metu.
Pagrindinė skaičiavimo užduotis yra atsižvelgti į detektoriaus iškraipymus. H1 detektorius seka daleles, tačiau kai jos skraido aplinkui, o ne pro ją, gali iškreipti duomenis.
Anksčiau visų iškraipymų taisymas vienu metunebuvo įmanoma dėl ribotų skaičiavimo metodų. Subatominės fizikos ir duomenų analizės metodų supratimas pažengė į priekį nuo 2007 m. Ir dabar mokslininkai gali panaudoti naujas įžvalgas analizuodami H1 duomenis.
Kas toliau?
Šiandien fizikai vėl susidomėjoį HERA eksperimentus su dalelėmis. Jie tikisi panaudoti duomenis ir tikslesnį kompiuterinį modeliavimą, pagrįstą tokiais įrankiais kaip „OmniFold“, analizuodami būsimų elektronų ir protonų eksperimentų, tokių kaip naujos kartos energijos greitintuvas, rezultatus. Naujos kartos elektronų jonų greitintuvas, EIC) .
Jis bus pastatytas Brookhaven Nationallaboratorija bendradarbiaujant su Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Tai bus galinga ir universali „mašina“, kuri susidurs su didelės energijos poliarizuotų elektronų pluoštais su daugybe jonų (arba įkrautų atomų), įskaitant poliarizuotus protonus ir kai kuriuos poliarizuotus jonus.
Kaip pažymėjo „OmniFold“ kūrėjai, vieną dieną jieŠis metodas padės mokslininkams atsakyti į vis dar likusius klausimus apie stiprią jėgą. „Nors šis darbas artimiausiu metu gali neprisidėti prie praktinio pritaikymo, gamtos elementų supratimas yra labai svarbus. Jei netyrinėsime dabar, niekada nesužinosime, kokie įdomūs nauji technologijų pasiekimai bus naudingi ateities visuomenėms“, – daro išvadą mokslininkai.
Skaityti daugiau:
Archeologai oficialiai patvirtino Biblijos legendas
Paaiškėjo, kas nutinka kūno ląstelėms, kai miršta širdis
„Starlink“ signalas buvo nulaužtas, kad būtų naudojamas kaip GPS alternatyva