Apesar de seu tamanho minúsculo, os prótons são extremamente importantes. Eles estão localizados no centro de cada átomo em
O que é um próton?
Um próton é uma das três partículas elementaresqual a matéria comum é construída. Os prótons fazem parte dos núcleos atômicos. É o número de série de um elemento químico da tabela periódica igual ao número de prótons em seu núcleo. Juntamente com o nêutron, o próton faz parte de todos os núcleos atômicos, determinando a magnitude de sua carga elétrica.
Como a maioria das partículas,Os prótons têm um giro que funciona como pequenos ímãs. Alterar o spin ou a polaridade de um próton pode parecer ficção científica – porque, na verdade, afeta tudo no Universo. No entanto, é a base dos avanços tecnológicos que se tornaram parte integrante da nossa vida quotidiana. Graças ao estudo do spin do próton, as pessoas dispõem de tecnologias como a ressonância magnética (MRI), uma ferramenta de diagnóstico médico inestimável. Apesar de tais conquistas, a estrutura interna do próton permanece um mistério.
Por que isso é importante?
Basicamente tudo ao nosso redor existegraças aos prótons. E, no entanto, ainda não sabemos muito sobre eles. Um dos enormes mistérios que os cientistas querem resolver é a rotação do próton. O segundo segredo é o momento de sua vida, Hi-Tech escreveu sobre isso anteriormente.
Entendendo como e por que ele giraO próton levará a avanços tecnológicos que agora parecem irrealistas. Também ajudará os cientistas a compreender a força forte, a propriedade fundamental que dá massa a todos os prótons e, portanto, aos átomos.
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Qual é o problema?
A rotação não é fácil de entender.o problema não é tão simples. Em primeiro lugar, não se pode simplesmente pegar num protão e colocá-lo numa placa de Petri. Como você sabe, os rotons são incompreensivelmente pequenos - seu raio mal chega a um quatrilionésimo de metro e a luz visível passa através deles. Além disso, é impossível examinar o seu interior usando os microscópios eletrônicos mais poderosos do mundo.
No entanto, os autores do novo estudo aproximamcientistas para resolver este emaranhado mistério do próton. O projeto foi trabalhado por membros da H1 Collaboration, grupo internacional que reúne atualmente 150 cientistas de 50 instituições e 15 países. A sede do projeto está localizada no centro nacional de pesquisa DESY, na Alemanha. O autor do novo estudo está desenvolvendo algoritmos de aprendizado de máquina para acelerar a análise dos dados coletados usando o colisor elétron-próton mais poderoso do mundo, o HERA. Ela trabalhou na DESY de 1992 a 2007.
O colisor elétron-próton HERA acelerou eelétrons e prótons quase à velocidade da luz. As partículas colidiram frontalmente, o que poderia ter quebrado o próton em suas partes componentes: quarks (mostrados como bolas verdes e roxas na ilustração acima) e glúons (mostrados como redemoinhos pretos). Imagem: DESY
H1 parou de coletar dadosem 2007, quando o HERA foi retirado de operação. Contudo, a equipe de colaboração ainda está analisando os dados e publicando os resultados em revistas científicas.
O que os cientistas fizeram?
Ao usar métodos computacionais convencionaisPode levar um ano ou mais para medir quantidades relacionadas à estrutura do próton e à força forte, como quantas partículas são produzidas quando um próton colide com um elétron. E, se um físico quiser estudar outra quantidade, por exemplo, a velocidade das partículas na esteira de um jato de quark-glúon, ele terá que recomeçar o longo processo computacional e esperar mais um ano.
Para resolver o problema, os cientistas usaramaprendizado de máquina. Um novo instrumento baseado nesta tecnologia OmniFold pode medir múltiplas quantidades simultaneamente. Em última análise, isso reduz o tempo de análise de vários anos para minutos.
Como isso funciona?
OmniFold funciona enquanto usa simultaneamenteredes neurais para combinar simulações de computador com dados. Para recapitular, uma rede neural é uma ferramenta de aprendizado de máquina que processa dados complexos que os cientistas não conseguem fazer manualmente.
Vista do túnel HERA. Foto de : DESY
Os autores do novo estudo foram os primeiros a usarOmniFold acessou os dados experimentais H1 e publicou os resultados na revista Physical Review Letters e, mais recentemente, apresentou suas descobertas na Conferência 2022 Deep Inelastic Scattering (DIS).
Ajuda do supercomputador
Para desenvolver o OmniFold e testá-loCom a capacidade de trabalhar com dados H1, os físicos implantaram um novo supercomputador, Perlmutter, projetado para suportar simulações, análise de dados e experimentos de inteligência artificial que exigem o uso simultâneo de múltiplas GPUs. Seu desenvolvimento foi concluído em 2021.
O supercomputador Perlmutter, chamadoem homenagem ao cosmólogo do Berkeley Lab e ganhador do Prêmio Nobel Saul Perlmutter, ele é equipado com 128 processadores gráficos que operam simultaneamente.
A tarefa central dos cálculos é levar em consideração as distorções do detector. O detector H1 rastreia partículas, mas quando elas voam “ao redor” em vez de através delas, pode distorcer os dados.
Anteriormente, correção simultânea de todas as distorçõesnão foi possível devido a métodos computacionais limitados. A compreensão da física subatômica e das técnicas de análise de dados avançou desde 2007. E agora os cientistas podem usar novos insights para analisar os dados do primeiro semestre.
O que vem a seguir?
Hoje, os físicos renovaram o interessepara experimentos HERA com partículas. Eles esperam usar os dados - e modelagem computacional mais precisa baseada em ferramentas como OmniFold - para analisar os resultados de futuros experimentos elétron-próton, como o Colisor de Energia de próxima geração; .
Será construído em Brookhaven Nationallaboratório em parceria com o Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Será uma “máquina” poderosa e versátil que colidirá feixes de elétrons polarizados de alta energia com uma ampla gama de íons (ou átomos carregados), incluindo prótons polarizados e alguns íons polarizados.
Como observaram os desenvolvedores do OmniFold, um dia elesO método ajudará os cientistas a responder a questões ainda remanescentes sobre a força forte. “Mesmo que este trabalho possa não levar a aplicações práticas num futuro próximo, compreender os blocos de construção da natureza é muito importante. Se não investigarmos agora, nunca saberemos que novos e excitantes avanços tecnológicos irão beneficiar as sociedades futuras”, concluem os cientistas.
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