ИИ распознает массу наиболее энергичных частиц космического излучения
Автор: Pixabay/CC0 Public Domain
Иску́сственный интелле́кт (ИИ; англ. artificial intelligence, AI) — свойство искусственных интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека (не следует путать с искусственным сознанием); наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ.
Искусственный интеллект связан со сходной задачей использования компьютеров для понимания человеческого интеллекта, но не обязательно ограничивается биологически правдоподобными методами.
Существующие на сегодня интеллектуальные системы имеют довольно узкие области применения. Википедия
Читайте также:Ноутбуки MSI GeForce RTX 50 готовы к высокопроизводительным играм и локальным приложениям ИИAMD заявляет, что ее процессор Ryzen AI Max+ 395 в 12,2 раза быстрее Lunar Lake в задачах ИИGemini 2.0 Flash от Google удаляет водяные знаки и создаёт фото знаменитостейСаммит Beyond CUDA: борьба с доминированием NvidiaС сентября в Китае будет введена четкая маркировка всего контента, созданного с помощью ИИ
По словам доктора Йонаса Гломбицы из Эрлангенского центра физики астрочастиц (ECAP) при Университете имени Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU), в то время как ИИ может нанести большой ущерб демократическим выборам посредством манипулирования социальными сетями, в астрофизике он в худшем случае приводит к неверному взгляду на космос.
Астрофизик использует ИИ для ускорения анализа данных обсерватории, исследующей космическое излучение.
«Результаты показывают, что наиболее энергичные частицы, сталкивающиеся с Землей, обычно не протоны, а значительно более тяжелые ядра, такие как атомы азота или железа», — говорит Гломбица. Его анализ был недавно опубликован в Physical Review Letters.
Первоначальный скептицизм
«Я нашел использование машинного обучения в астрофизике увлекательным», — говорит Гломбица. В 2017 году он начал программировать инструменты машинного обучения в Рейнско-Вестфальском техническом университете Ахена, в 2022 году перешел в FAU и в 2025 году получил премию ETI Award, которая поощряет таланты в университете. Термин «искусственный интеллект» физики используют неохотно, поскольку нет единого мнения о его использовании, и он, как правило, вызывает спорные дискуссии.
Однако Гломбице изначально было трудно убедить коллег в преимуществах более легко коммуницируемого «машинного обучения», поскольку большая его часть представляет собой черный ящик. Прорыв произошел, когда результаты ИИ удалось проверить с помощью наблюдений телескопа.
Излучение далеких галактик
Сверхвысокоэнергетическое космическое излучение, вероятно, исходит из галактик за пределами Млечного Пути. Оно состоит из атомных ядер с зарядом от 10 18 до 10 20 электрон-вольт, что делает их самыми энергичными частицами, встречающимися в природе. При входе в атмосферу Земли эти первичные частицы взаимодействуют и вызывают атмосферный ливень, каскад бесчисленных более мелких частиц, таких как электроны, позитроны, фотоны и мюоны. Некоторые поглощаются атмосферой, а другие достигают поверхности Земли в радиусе нескольких квадратных километров.
В ходе взаимодействия каскада частиц с молекулами азота атмосферы возникает флуоресцентный свет, который можно измерить с помощью специализированных телескопов, таких как обсерватория Пьера Оже — крупнейшая в мире установка для исследования космического излучения.
«Измерения там ведутся уже 15 лет», — говорит Гломбица.
Согласно нашим знаниям об образовании атомов, первичные частицы сверхвысокоэнергетического космического излучения могут состоять из всех элементов от водорода до железа. Благодаря своей большой массе атом железа может генерировать гораздо более сложный каскад частиц при входе в атмосферу Земли, чем один протон.
Наибольшее количество частиц в ливне, которые производят максимальный флуоресцентный свет, поэтому появляются на большем расстоянии от поверхности Земли. Напротив, первичная частица с меньшей массой может проникнуть гораздо глубже в атмосферу, прежде чем ее ливень частиц достигнет максимального света.
Только при ясном безлунном свете
Анализ максимального флуоресцентного света дает хорошие подсказки о массе первичной частицы. Однако телескопы работают только в ясные безлунные ночи, поэтому для статистической оценки доступно гораздо меньше данных, чем у поверхностных детекторов, которые работают круглосуточно. Однако до сих пор не удалось реконструировать максимальный свет ливня частиц из сложных моделей распределения поверхностных детекторов.
Эту задачу теперь выполняет ИИ. Он был обучен реконструировать бесчисленные смоделированные ливни частиц, где картина распределения частиц теперь позволяет делать утверждения о массе первичной частицы. Впоследствии модели калибруются с помощью реальных телескопических наблюдений.
Таким образом, данные поверхностных детекторов 60 000 ливней частиц можно использовать для оценки массы.
«Чтобы достичь тех же результатов без ИИ, нам пришлось бы вести наблюдения с помощью телескопов в течение 150 лет. Это прорыв, которого я добился», — говорит Гломбица.
Больше информации: A. Abdul Halim et al, Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with Energies from 10 18.5 to 10 20 eV Using the Pierre Auger Observatory and Deep Learning, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.021001
0 комментариев