În ciuda dimensiunilor lor mici, protonii sunt incredibil de importanți. Ele sunt situate în centrul fiecărui atom din
Ce este un proton?
Un proton este una dintre cele trei particule elementarecare se construieşte materia obişnuită. Protonii fac parte din nucleele atomice. Este numărul de serie al unui element chimic din tabelul periodic care este egal cu numărul de protoni din nucleul său. Împreună cu neutronul, protonul face parte din toate nucleele atomice, determinând mărimea sarcinii sale electrice.
La fel ca majoritatea particulelor,Protonii au un spin care acționează ca niște magneți mici. Schimbarea spinului sau a polarității unui proton poate părea științifico-fantastică - pentru că, de fapt, afectează totul în Univers. Cu toate acestea, este baza descoperirilor tehnologice care au devenit o parte integrantă a vieții noastre de zi cu zi. Datorită studiului spinului protonilor, oamenii au tehnologii precum imagistica prin rezonanță magnetică (RMN), un instrument de diagnostic medical neprețuit. În ciuda unor astfel de realizări, structura internă a protonului rămâne un mister.
De ce este important acest lucru?
Practic, totul în jurul nostru existădatorită protonilor. Și totuși, încă nu știm prea multe despre ei. Unul dintre uriașele mistere pe care oamenii de știință doresc să le rezolve este rotația protonului. Al doilea secret este momentul vieții sale, a scris Hi-Tech despre asta mai devreme.
Înțelegerea cum și de ce se roteșteProtonul va duce la progrese tehnologice care acum par nerealiste. De asemenea, va ajuta oamenii de știință să înțeleagă forța puternică, proprietatea fundamentală care dă masa tuturor protonilor și, prin urmare, atomilor.
Acestea susțin universul: modul în care funcționează cele patru forțe principale ale naturii
Care este problema?
Rotația nu este ușor de înțeles.problema nu este atât de simplă. În primul rând, nu puteți pur și simplu să luați un proton și să-l puneți într-o cutie Petri. După cum știți, rotonii sunt neînțeles de mici - raza lor abia ajunge la o cvadrilionime dintr-un metru, iar lumina vizibilă trece chiar prin ei. În plus, este imposibil să le examinăm interiorul folosind cele mai puternice microscoape electronice din lume.
Cu toate acestea, autorii noului studiu se apropieoamenii de știință să rezolve acest mister încurcat de proton. La proiect au lucrat membrii H1 Collaboration, un grup internațional care include în prezent 150 de oameni de știință din 50 de instituții și 15 țări. Sediul proiectului are sediul la centrul național de cercetare DESY din Germania. Autorul noului studiu dezvoltă algoritmi de învățare automată pentru a accelera analiza datelor colectate folosind cel mai puternic ciocnitor electron-protoni din lume, HERA. A lucrat la DESY din 1992 până în 2007.
Cilizorul electron-protoni HERA dispersat șielectroni și protoni aproape la viteza luminii. Particulele s-au ciocnit frontal, ceea ce ar putea sparge protonul în părțile sale componente: quarci (prezentați ca bile verzi și violete în ilustrația de mai sus) și gluoni (prezentați ca bobine negre). Imagine: DESY
H1 a oprit colectarea datelorîn 2007 când HERA a fost scoasă din exploatare. Cu toate acestea, personalul de colaborare încă analizează datele și publică rezultatele în reviste științifice.
Ce au făcut oamenii de știință?
Când se utilizează metode de calcul convenționalePoate dura un an sau mai mult pentru a măsura cantitățile legate de structura protonului și forța puternică, cum ar fi câte particule sunt produse atunci când un proton se ciocnește cu un electron. Și, dacă un fizician dorește să studieze o altă cantitate, de exemplu, viteza particulelor în urma unui jet de quarc-gluon, va trebui să înceapă din nou procesul de calcul lung și să aștepte încă un an.
Pentru a rezolva problema, oamenii de știință au folositînvățare automată. Un nou instrument bazat pe această tehnologie OmniFold poate măsura mai multe cantități simultan. Acest lucru reduce în cele din urmă timpul de analiză de la câțiva ani la minute.
Cum funcționează?
OmniFold funcționează în timp ce se utilizează simultanrețele neuronale pentru combinarea simulărilor computerizate cu date. Pentru a recapitula, o rețea neuronală este un instrument de învățare automată care procesează date complexe pe care oamenii de știință nu le pot face manual.
Вид на туннель HERA. Фото: DESY
Autorii noului studiu au fost primii care au folositOmniFold a accesat datele experimentale H1 și a publicat rezultatele în jurnalul Physical Review Letters, iar cel mai recent și-a prezentat concluziile la Conferința Deep Inelastic Scattering (DIS) din 2022.
Ajutor pentru supercomputer
Pentru a dezvolta OmniFold și a-l testacapacitatea de a lucra cu date H1, fizicienii au implementat un nou supercomputer, Perlmutter, conceput pentru a sprijini simulări, analiza datelor și experimente de inteligență artificială care necesită utilizarea simultană a mai multor GPU. Dezvoltarea sa a fost finalizată în 2021.
Supercomputerul Perlmutter, care este numitîn onoarea cosmologului Berkeley Lab și câștigător al Premiului Nobel Saul Perlmutter, este echipat cu 128 de procesoare grafice care funcționează simultan.
Sarcina centrală a calculelor este de a lua în considerare distorsiunile detectorului. Detectorul H1 urmărește particulele, dar atunci când zboară „în jurul” mai degrabă decât prin ele, poate denatura datele.
Anterior, corectarea simultană a tuturor distorsiunilornu a fost posibilă din cauza metodelor de calcul limitate. Înțelegerea fizicii subatomice și a tehnicilor de analiză a datelor a avansat din 2007. Și acum oamenii de știință pot folosi informații noi pentru a analiza datele H1.
Ce urmează?
Astăzi, fizicienii au reînnoit interesulpentru HERA experimentează cu particule. Ei speră să folosească datele - și modelarea computerizată mai precisă bazată pe instrumente precum OmniFold - pentru a analiza rezultatele viitoarelor experimente electroni-protoni, cum ar fi colizătorul de energie de generația următoare, EIC). .
Va fi construit la Brookhaven Nationallaborator în parteneriat cu Thomas Jefferson National Accelerator Complex. Va fi o „mașină” puternică și versatilă care va ciocni fascicule de electroni polarizați de înaltă energie cu o gamă largă de ioni (sau atomi încărcați), inclusiv protoni polarizați și unii ioni polarizați.
După cum au remarcat dezvoltatorii OmniFold, într-o zi auMetoda îi va ajuta pe oamenii de știință să răspundă la întrebările rămase despre forța puternică. „Chiar dacă acest lucru ar putea să nu conducă la aplicații practice în viitorul apropiat, înțelegerea elementelor de bază ale naturii este foarte importantă. Dacă nu cercetăm acum, nu vom ști niciodată ce progrese tehnologice interesante vor aduce beneficii viitoarelor societăți”, concluzionează oamenii de știință.
Citeste mai mult:
Arheologii au confirmat oficial legendele din Biblie
S-a dovedit ce se întâmplă cu celulele corpului când inima moare
Semnalul Starlink piratat pentru a fi folosit ca alternativă la GPS