Küçük boyutlarına rağmen protonlar inanılmaz derecede önemlidir. Her atomun merkezinde bulunurlar
Proton nedir?
Proton üç temel parçacıktan biridirhangi sıradan madde inşa edilmiştir. Protonlar atom çekirdeğinin bir parçasıdır. Periyodik tablodaki bir kimyasal elementin, çekirdeğindeki proton sayısına eşit olan seri numarasıdır. Nötronla birlikte proton, tüm atom çekirdeğinin bir parçasıdır ve elektrik yükünün büyüklüğünü belirler.
Çoğu parçacık gibi,Protonların küçük mıknatıslar gibi davranan bir dönüşü vardır. Bir protonun dönüşünü veya polaritesini değiştirmek bilim kurgu gibi görünebilir; çünkü aslında bu, Evrendeki her şeyi etkiler. Ancak günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçası haline gelen teknolojik atılımların temelini oluşturmaktadır. Proton spininin incelenmesi sayesinde insanlar, paha biçilmez bir tıbbi teşhis aracı olan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi teknolojilere sahip oldu. Bu tür başarılara rağmen protonun iç yapısı bir sır olarak kalıyor.
Bu neden önemlidir?
Temelde etrafımızdaki her şey varprotonlar sayesinde. Ancak yine de onlar hakkında pek bir şey bilmiyoruz. Bilim adamlarının çözmek istediği büyük gizemlerden biri protonun dönüşüdür. Hi-Tech daha önce bunun hakkında ikinci sırrın hayatının zamanı olduğunu yazmıştı.
Nasıl ve neden döndüğünü anlamakProton artık gerçekçi görünmeyen teknolojik gelişmelere yol açacak. Aynı zamanda bilim adamlarının, tüm protonlara ve dolayısıyla atomlara kütle veren temel özellik olan güçlü kuvveti anlamalarına da yardımcı olacak.
Evreni destekliyorlar: doğanın dört ana gücü nasıl çalışıyor?
Sorun nedir?
Döndürmeyi anlamak kolay değil.sorun o kadar basit değil. İlk olarak, bir protonu öylece alıp bir Petri kabına yerleştiremezsiniz. Bildiğiniz gibi, rotonlar akıl almaz derecede küçüktür; yarıçapları ancak metrenin katrilyonda birine ulaşır ve görünür ışık içlerinden geçer. Üstelik dünyanın en güçlü elektron mikroskoplarıyla içlerini incelemek imkansızdır.
Ancak yeni çalışmanın yazarları daha da yakınlaştırıyorbilim adamları bu karmaşık proton gizemini çözecekler. Proje üzerinde şu anda 50 kurum ve 15 ülkeden 150 bilim insanının yer aldığı uluslararası bir grup olan H1 İşbirliği üyeleri tarafından çalışıldı. Projenin merkezi Almanya'daki ulusal araştırma merkezi DESY'de bulunmaktadır. Yeni çalışmanın yazarı, dünyanın en güçlü elektron-proton çarpıştırıcısı HERA kullanılarak toplanan verilerin analizini hızlandırmak için makine öğrenimi algoritmaları geliştiriyor. 1992'den 2007'ye kadar DESY'de çalıştı.
Elektron-proton çarpıştırıcısı HERA dağılmış veelektronlar ve protonlar neredeyse ışık hızında. Parçacıklar, protonu bileşenlerine ayırabilecek kafa kafaya çarpıştı: kuarklar (yukarıdaki resimde yeşil ve mor toplar olarak gösterilmiştir) ve gluonlar (siyah bobinler olarak gösterilmiştir). Resim: DESY
H1 veri toplamayı durdurdu2007 yılında HERA kullanımdan kaldırıldığında. Ancak işbirliği personeli hâlâ verileri analiz ediyor ve sonuçları bilimsel dergilerde yayınlıyor.
Bilim adamları ne yaptı?
Geleneksel hesaplama yöntemlerini kullanırkenBir proton bir elektronla çarpıştığında kaç tane parçacık üretildiği gibi proton yapısı ve güçlü kuvvetle ilgili niceliklerin ölçülmesi bir yıl veya daha uzun sürebilir. Ve eğer bir fizikçi başka bir niceliği, örneğin kuark-gluon jetinin ardından parçacıkların hızını incelemek isterse, uzun hesaplama sürecini yeniden başlatmak ve bir yıl daha beklemek zorunda kalacak.
Sorunu çözmek için bilim adamları kullandılarmakine öğrenimi. Bu OmniFold teknolojisine dayalı yeni bir cihaz aynı anda birden fazla miktarı ölçebilir. Bu sonuçta analiz süresini birkaç yıldan dakikalara indirir.
Nasıl çalışır?
OmniFold aynı anda kullanırken çalışırBilgisayar simülasyonlarını verilerle birleştirmek için sinir ağları. Özetlemek gerekirse, sinir ağı, bilim adamlarının manuel olarak yapamayacağı karmaşık verileri işleyen bir makine öğrenme aracıdır.
HERA tünelinin görünümü. Fotoğraf: DESY
Yeni çalışmanın yazarları bu yöntemi ilk kullananlar oldu.OmniFold, H1 deneysel verilerine erişerek sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayınladı ve en son bulgularını 2022 Derin Esnek Olmayan Saçılma (DIS) Konferansı'nda sundu.
Süper Bilgisayar Yardımı
OmniFold'u geliştirmek ve test etmek içinH1 verileriyle çalışma yeteneği sayesinde fizikçiler, birden fazla GPU'nun eş zamanlı kullanımını gerektiren simülasyonları, veri analizini ve yapay zeka deneylerini desteklemek üzere tasarlanmış yeni bir süper bilgisayar olan Perlmutter'ı devreye aldılar. Geliştirilmesi 2021 yılında tamamlandı.
Perlmutter süper bilgisayarıBerkeley Laboratuvarı kozmologu ve Nobel Ödülü sahibi Saul Perlmutter'in onuruna, aynı anda çalışan 128 grafik işlemciyle donatılmıştır.
Hesaplamaların temel görevi dedektör bozulmalarını hesaba katmaktır. H1 dedektörü parçacıkları takip ediyor ancak parçacıkların içinden geçmek yerine "etrafında" uçtuklarında verileri çarpıtabiliyor.
Daha önce tüm bozulmaların eşzamanlı olarak düzeltilmesisınırlı hesaplama yöntemleri nedeniyle mümkün olmadı. Atom altı fiziği ve veri analizi tekniklerinin anlaşılması 2007'den bu yana ilerlemiştir. Ve artık bilim insanları H1 verilerini analiz etmek için yeni bilgilerden yararlanabiliyor.
Sırada ne var?
Bugün fizikçilerin ilgisi yeniden arttıParçacıklarla HERA deneyleri yapmak. Verileri ve OmniFold gibi araçlara dayanan daha doğru bilgisayar modellemesini, yeni nesil Enerji çarpıştırıcısı (EIC) gibi gelecekteki elektron-proton deneylerinin sonuçlarını analiz etmek için kullanmayı umuyorlar. .
Brookhaven National'da inşa edilecekThomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Kompleksi ile ortaklaşa laboratuvar. Yüksek enerjili polarize elektron ışınlarını, polarize protonlar ve bazı polarize iyonlar dahil olmak üzere çok çeşitli iyonlarla (veya yüklü atomlarla) çarpıştıracak güçlü ve çok yönlü bir "makine" olacaktır.
OmniFold geliştiricilerinin belirttiği gibi, bir günYöntem, bilim adamlarının güçlü kuvvetle ilgili hala devam eden soruları yanıtlamasına yardımcı olacak. “Bu çalışma yakın gelecekte pratik uygulamalara yol açmasa da doğanın yapı taşlarını anlamak çok önemli. Eğer şimdi araştırma yapmazsak, hangi heyecan verici yeni teknolojik gelişmelerin gelecekteki toplumlara fayda sağlayacağını asla bilemeyeceğiz” diye sonuçlandırıyor bilim adamları.
Daha fazla oku:
Arkeologlar İncil'deki efsaneleri resmen doğruladılar
Kalp öldüğünde vücudun hücrelerine ne olduğu ortaya çıktı
Starlink sinyali, GPS'e alternatif olarak kullanılmak üzere hacklendi