AI, kozmik radyasyonun en enerjik parçacıklarının kütlesini tanır

Yapay zeka (AI) kullanımı, insan beyninden sonra modellenen sinir ağları olarak birçok insanı korkutuyor, o kadar karmaşık ki uzmanlar bile onları anlamıyor. Bununla birlikte, toplumun opak algoritmalar uygulama riski uygulamaya bağlı olarak değişir.

AI, sosyal medyanın manipülasyonu yoluyla demokratik seçimlerde büyük hasara neden olabilirken, astrofizikte en kötü şekilde kozmosun yanlış bir görünümüne yol açar, diyor Dr. Jonas Glombitza, Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU) Erlangen Astroparçacık Fiziği Merkezi’nden (ECAP).

Astrofizikçi, kozmik radyasyonu araştıran bir gözlemevinden verilerin analizini hızlandırmak için AI kullanır.

“Sonuçlar, dünyaya çarpan en enerjik parçacıkların genellikle protonlar değil, azot veya demir atomları gibi önemli ölçüde daha ağır çekirdekler olduğunu göstermektedir.” Analizi son zamanlarda yayınlanmış içinde Fiziksel İnceleme Mektupları.

İlk şüphecilik

“Astrofizikte makine öğreniminin kullanımını büyüleyici buldum” diyor Globbitza. 2017’de RWTH Aachen’de ML araçlarını programlamaya başladı, 2022’de FAU’ya taşındı ve 2025’te üniversitede yetenekleri teşvik eden ETI Ödülü’nü aldı. “Yapay zeka” terimi, fizikçinin kullanımında bir fikir birliği eksikliği olduğu için isteksizce kullanıyor.

Bununla birlikte, Globbitza başlangıçta meslektaşlarını daha kolay bulaşıcı “makine öğreniminin” avantajları konusunda ikna etmekte zorlandı, çünkü büyük bir kısmı kara bir kutu. Atılım, AI sonuçları teleskop gözlemleriyle doğrulanabildiğinde geldi.

Uzak galaksilerden radyasyon

Ultra yüksek enerjili kozmik radyasyon muhtemelen Samanyolu’nun ötesindeki galaksilerden kaynaklanmaktadır. 10 yüklü atom çekirdeklerinden oluşur.¹⁸ 10’a²⁰ Elektron voltları, onları doğada bulunan en enerjik parçacıklar yapar. Dünyanın atmosferine girerken, bu birincil parçacıklar bir hava duşunu etkiler ve tetikler, elektronlar, pozitronlar, fotonlar ve muonlar gibi sayısız küçük parçacıklardan oluşan bir kademeli. Bazıları atmosfer tarafından emilirken, diğerleri birkaç kilometrekarelik bir yarıçap içinde Dünya yüzeyine ulaşır.

Parçacık kaskadı ve atmosferin azot molekülleri arasındaki etkileşim sırasında, kozmik radyasyonun araştırılması için dünyanın en büyük tesisi olan Pierre Auger Gözlemevi gibi özel teleskoplarla ölçülebilen floresan ışığı üretilir.

“Oradaki ölçümler 15 yıldır çalışıyor,” diyor Globbitza.

Atom oluşumu hakkındaki bilgimize göre, ultra yüksek enerjili kozmik radyasyonun birincil parçacıkları, hidrojenden demirden tüm elementlerden oluşabilir. Büyük kütlesi nedeniyle, bir demir atomu, Dünya atmosferine girerken tek bir protondan çok daha karmaşık bir parçacık kaskadı üretebilir.

Maksimum floresan ışık üreten duştaki en fazla sayıda parçacık, bu nedenle Dünya yüzeyinden daha uzak bir mesafede görünür. Buna karşılık, alt kütlenin birincil parçacığı, parçacık duşu maksimum ışığa ulaşmadan önce atmosfere çok daha derin nüfuz edebilir.

Sadece berrak aysız ışıklarda

Maksimum floresan ışığının analizi, birincil parçacığın kütlesi hakkında iyi ipuçları sağlar. Bununla birlikte, teleskoplar sadece net, aysız geceler üzerinde çalışır, bu nedenle istatistiksel değerlendirme için gün boyunca çalışan yüzey dedektörlerinden çok daha az veri mevcuttur. Bununla birlikte, şimdiye kadar, yüzey dedektörlerinin karmaşık dağılım modellerinden parçacık duşunun maksimum ışığını yeniden yapılandırmak mümkün olmamıştır.

Bu görev şimdi AI tarafından gerçekleştiriliyor. Parçacıkların dağılım paterninin artık birincil parçacığın kütlesi hakkında ifadelere izin verdiği sayısız simüle edilmiş parçacık duşunu yeniden yapılandırmak için eğitildi. Daha sonra, modeller gerçek teleskop gözlemleri ile kalibre edilir.

Böylece, 60.000 parçacık duşunun yüzey dedektörlerinden elde edilen veriler kütle tahmini için kullanılabilir.

Globbitza, “Aynı sonuçları AI olmadan elde etmek için, 150 yıldır teleskoplara gözlemlemek zorunda kalacaktık. Bu başardığım atılım” diyor.