Til tross for deres lille størrelse, er protoner utrolig viktige. De er plassert i sentrum av hvert atom i
Hva er et proton?
Et proton er en av de tre elementærpartiklenehvilken vanlig materie er bygget. Protoner er en del av atomkjerner. Det er serienummeret til et kjemisk grunnstoff i det periodiske systemet som er lik antall protoner i kjernen. Sammen med nøytronet er protonet en del av alle atomkjerner, og bestemmer størrelsen på dets elektriske ladning.
Som de fleste partikler,Protoner har et spinn som fungerer som små magneter. Å endre spinn eller polaritet til et proton kan virke som science fiction - fordi det faktisk påvirker alt i universet. Det er imidlertid grunnlaget for teknologiske gjennombrudd som har blitt en integrert del av vårt daglige liv. Takket være studiet av protonspinn har folk teknologier som magnetisk resonansavbildning (MRI), et uvurderlig medisinsk diagnostisk verktøy. Til tross for slike prestasjoner forblir den indre strukturen til protonet et mysterium.
Hvorfor er dette viktig?
I utgangspunktet finnes alt rundt osstakket være protoner. Og likevel vet vi fortsatt ikke mye om dem. Et av de store mysteriene som forskerne ønsker å løse, er protonets rotasjon. Den andre hemmeligheten er tiden i livet hans, skrev Hi-Tech om dette tidligere.
Forstå hvordan og hvorfor den rotererProtonet vil føre til teknologiske fremskritt som nå virker urealistiske. Det vil også hjelpe forskere å forstå den sterke kraften, den grunnleggende egenskapen som gir alle protoner, og derfor atomer, masse.
De støtter universet: hvordan de fire viktigste naturkreftene fungerer
Hva er problemet?
Rotasjon er ikke lett å forstå.problemet er ikke så enkelt. For det første kan du ikke bare ta et proton og legge det i en petriskål. Som du vet, er rotoner ubegripelig små - deres radius når knapt en kvadrilliondel av en meter, og synlig lys passerer rett gjennom dem. Dessuten er det umulig å undersøke innsiden deres ved hjelp av verdens kraftigste elektronmikroskop.
Forfatterne av den nye studien kommer imidlertid nærmereforskere for å løse dette sammenfiltrede protonmysteriet. Prosjektet ble arbeidet med av medlemmer av H1 Collaboration, en internasjonal gruppe som i dag inkluderer 150 forskere fra 50 institusjoner og 15 land. Prosjektets hovedkvarter er basert på det nasjonale forskningssenteret DESY i Tyskland. Forfatteren av den nye studien utvikler maskinlæringsalgoritmer for å øke hastigheten på analysen av data som er samlet inn ved hjelp av verdens kraftigste elektron-protonkolliderer, HERA. Hun jobbet i DESY fra 1992 til 2007.
Elektron-protonkollideren HERA spredte seg ogelektroner og protoner nesten til lysets hastighet. Partiklene kolliderte front mot front, noe som kunne bryte protonet i dets komponenter: kvarker (vist som grønne og lilla kuler i illustrasjonen ovenfor) og gluoner (vist som svarte spoler). Bilde: DESY
H1 sluttet å samle inn datai 2007 da HERA ble tatt ut av drift. Samarbeidsmedarbeidere analyserer imidlertid fortsatt dataene og publiserer resultatene i vitenskapelige tidsskrifter.
Hva har forskerne gjort?
Ved bruk av konvensjonelle beregningsmetoderDet kan ta et år eller mer å måle mengder relatert til protonstruktur og den sterke kraften, for eksempel hvor mange partikler som produseres når et proton kolliderer med et elektron. Og hvis en fysiker ønsker å studere en annen mengde, for eksempel hastigheten til partikler i kjølvannet av en kvark-gluonstråle, må han starte den lange beregningsprosessen på nytt og vente et år til.
For å løse problemet brukte forskeremaskinlæring. Et nytt instrument basert på denne OmniFold-teknologien kan måle flere mengder samtidig. Dette reduserer til slutt analysetiden fra flere år til minutter.
Hvordan virker det?
OmniFold fungerer mens den brukes samtidignevrale nettverk for å kombinere datasimuleringer med data. For å oppsummere er et nevralt nettverk et maskinlæringsverktøy som behandler komplekse data som forskere ikke kan gjøre manuelt.
Utsikt over HERA-tunnelen. Foto: DESY
Forfatterne av den nye studien var de første som brukteOmniFold fikk tilgang til H1-eksperimentelle data og publiserte resultatene i tidsskriftet Physical Review Letters, og presenterte nylig sine funn på 2022 Deep Inelastic Scattering (DIS) Conference.
Superdatamaskinhjelp
Å utvikle OmniFold og teste denevne til å jobbe med H1-data, implementerte fysikere en ny superdatamaskin, Perlmutter, designet for å støtte simuleringer, dataanalyse og kunstig intelligens-eksperimenter som krever samtidig bruk av flere GPUer. Utviklingen ble fullført i 2021.
Perlmutter-superdatamaskinen, som hetertil ære for Berkeley Lab-kosmolog og nobelprisvinner Saul Perlmutter, er den utstyrt med 128 grafikkprosessorer som opererer samtidig.
Den sentrale oppgaven med beregninger er å ta hensyn til detektorforvrengninger. H1-detektoren sporer partikler, men når de flyr "rundt" i stedet for gjennom den, kan den skjeve dataene.
Tidligere samtidig korrigering av alle forvrengningervar ikke mulig på grunn av begrensede beregningsmetoder. Forståelsen av subatomær fysikk og dataanalyseteknikker har utviklet seg siden 2007. Og nå kan forskere bruke ny innsikt for å analysere H1-data.
Hva er neste?
I dag har fysikere fått fornyet interessetil HERA-eksperimenter med partikler. De håper å bruke dataene – og mer nøyaktig datamodellering basert på verktøy som OmniFold – for å analysere resultatene av fremtidige elektron-proton-eksperimenter, for eksempel neste generasjons Energy Collider. ;s neste generasjons Electron-Ion Collider, EIC) .
Det vil bli bygget på Brookhaven Nationallaboratoriet i samarbeid med Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Det vil være en kraftig og allsidig «maskin» som vil kollidere stråler av høyenergipolariserte elektroner med et bredt spekter av ioner (eller ladede atomer), inkludert polariserte protoner og noen polariserte ioner.
Som OmniFold-utviklerne bemerket, en dag deMetoden vil hjelpe forskere med å svare på gjenværende spørsmål om den sterke kraften. "Selv om dette arbeidet kanskje ikke vil føre til praktiske anvendelser i nær fremtid, er det veldig viktig å forstå naturens byggesteiner. Hvis vi ikke forsker nå, vil vi aldri vite hvilke spennende nye teknologiske fremskritt som vil komme fremtidige samfunn til gode, konkluderer forskerne.
Les mer:
Arkeologer har offisielt bekreftet legendene fra Bibelen
Det viste seg hva som skjer med cellene i kroppen når hjertet dør
Starlink-signal hacket for å brukes som et alternativ til GPS