«Τεχνητός αμφιβληστροειδής» ως ανιχνευτής σωματιδίων

Πανίσχυρος επεξεργαστής αναλύει τις συγκρούσεις τους μιμούμενος τον ανθρώπινο αμφιβληστροειδή

Ενας νέος επεξεργαστής μπορεί να αναλύει τις συγκρούσεις υποατομικών σωματιδίων 400 φορές ταχύτερα μιμούμενος το ανθρώπινο μάτι

Γενεύη 

Φυσικοί ανέπτυξαν έναν πανίσχυρο επεξεργαστή ο οποίος μπορεί να αναλύει τις συγκρούσεις των υποατομικών σωματίων 400 φορές πιο γρήγορα από αυτούς που χρησιμοποιούνται σήμερα μιμούμενος το ανθρώπινο μάτι. 

Οι συγκρούσεις στις οποίες «στοχεύει» το νέο εργαλείο, οι οποίες πραγματοποιούνται σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτή του φωτός και οδηγούν στη δημιουργία νέων σωματιδίων, μπορούν να προσφέρουν πληροφορίες για τη «χαμένη» αντιύλη. 

Η ταχύτερη και ακριβέστερη ανάλυσή τους είναι λοιπόν πολύτιμη για τους επιστήμονες.

Ο αλγόριθμος του νέου επεξεργαστή, τον οποίο οι δημιουργοί του ονομάζουν «τεχνητό αμφιβληστροειδή», δημοσιεύθηκε στο διαδικτυακό αρχείο επιστημονικών προδημοσιεύσεων «arXiv.org». 

Η ομάδα των ερευνητών που τον ανέπτυξε, με επικεφαλής τον Τζοβάνι Πούντσι από τη Scuola Normale Superiore στην Πίζα της Ιταλίας και τονΝτιέγκο Τονέλι από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN), προτείνει τη χρήση του στα πειράματα που θα διεξαχθούν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN από το 2020.

Αστραπιαία αναγνώριση μοτίβων

Για να επιτύχει αυτές τις εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες στην ανάλυση των δεδομένων ο νέος επεξεργαστής λειτουργεί αναγνωρίζοντας μοτίβα με τρόπο παρόμοιο με αυτόν του ανθρώπινου ματιού. 

Στον αμφιβληστροειδή χιτώνα των ματιών μας συγκεκριμένοι νευρώνες έχουν ως «αρμοδιότητα» να ανιχνεύουν συγκεκριμένα σχήματα και προσανατολισμούς στα αντικείμενα που βλέπουμε και να στέλνουν αυτόματα σήμα στον εγκέφαλο προτού καν ο τελευταίος ξεκινήσει τη συνειδητή επεξεργασία των οπτικών δεδομένων.

Όπως εξήγησε ο Ντιέγκο Τονέλι στο BBC ο «τεχνητός αμφιβληστροειδής» βασίζεται στη ίδια λογική. Αρχικά ανιχνεύει συγκεκριμένα «στιγμιότυπα» στις πορείες των σωματιδίων σε κάθε σύγκρουση αναλύοντάς τα άμεσα. 

Στη συνέχεια τα «στιγμιότυπα» περνούν σε έναν αλγόριθμο στον υπολογιστή ο οποίος «σκανάρει» και αναλύει τις μεταβολές στην πορεία των φορτισμένων σωματιδίων. 

«Τρέχοντας» τον νέο επεξεργαστή στις συγκρούσεις σωματιδίων που θα διεξαχθούν στον μέλλον στον LHC οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να ξεχωρίζουν πιο γρήγορα τα ενδιαφέροντα «γεγονότα».

Πρωτόγνωρες ταχύτητες

«Είναι 400 φορές ταχύτερος από οτιδήποτε υπάρχει ή προβλέπεται αυτή τη στιγμή για τις εφαρμογές της Φυσικής υψηλών ενεργειών» τόνισε ο κ. Τονέλι μιλώντας για τον «τεχνητό αμφισβληστροειδή» στο BBC. «Aν χρησιμοποιηθεί σε ένα πραγματικό πείραμα θα μας επιτρέψει να συγκεντρώσουμε περισσότερα ενδιαφέροντα δεδομένα περισσότερο γρήγορα». 

Πέραν του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων και της Σωματιδιακής Φυσικής ο νέος επεξεργαστής μπορεί επίσης να αποβεί χρήσιμος σε πολλούς άλλους τομείς, σε περιπτώσεις όπου απαιτείται γρήγορη και αποτελεσματική αναγνώριση μοτίβων.

Δεν θα μας φέρει όμως πιο κοντά στον «Θεό» των στοιχειωδών σωματίων, το μποζόνιο Χιγκς, και τους «συγγενείς» του. 

Ο αλγόριθμος, ο οποίος έχει αναπτυχθεί για την αναβάθμιση του LHC που θα ολοκληρωθεί το 2020 προσφέροντας ισχυρότερες συγκρούσεις, είναι προσανατολισμένος προς τη «Φυσική των γεύσεων» των κουάρκ και το κυνήγι της χαμένης αντιύλης. 

Η «αντίθετη» μορφή της ύλης που βλέπουμε να μας περιβάλλει σήμερα, αποτελούμενη από σωματίδια με τα ίδια χαρακτηριστικά αλλά με αντίθετες τιμές, δημιουργήθηκε σε ίσες ποσότητες με τη συνηθισμένη ύλη κατά τη Μεγάλη Έκρηξη αλλά στη συνέχεια το μεγαλύτερο μέρος της εξαφανίστηκε από το Σύμπαν αφήνοντας πίσω ένα μυστήριο που προβληματίζει ιδιαίτερα τους επιστήμονες. (tovima)

(physicsgg.me)

«Τεχνητός αμφιβληστροειδής» ως ανιχνευτής σωματιδίων

Οι ανιχνευτές είναι τα «μάτια» των φυσικών. Με αυτούς «βλέπουν» τα στοιχειώδη σωματίδια που παράγονται στους επιταχυντές, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC). Προφανώς ένας ανιχνευτής σωματιδίων και ένα ανθρώπινο μάτι είναι εντελώς διαφορετικά ως προς τη δομή και την λειτουργία τους. Όμως, σύμφωνα με μια πρόσφατη έρευνα η ανάλυση των δεδομένων που συλλέγουν οι ανιχνευτές θα μπορούσε να βελτιωθεί τα μέγιστα αν μιμηθεί τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς.

Το ανθρώπινο μάτι εμπνέει τους φυσικούς ώστε να δημιουργήσουν έναν επεξεργαστή που θα αναλύει στοιχειώδη σωματίδια 400 φορές πιο γρήγορα σε σχέση τις σημερινές δυνατότητες.

Σύμφωνα με την δημοσίευση, «The artificial retina processor for track reconstruction at the LHC crossing rate», Abba et al, o πειραματικός επεξεργαστής χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο που προσομοιάζει την απίστευτη ικανότητα του αμφιβληστροειδούς να αναγνωρίζει μοτίβα εξαιρετικά γρήγορα και έχει προταθεί για πιθανή χρήση στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, το 2020.

Είναι η πρώτη φορά που ο αλγόριθμος του τεχνητού αμφιβληστροειδούς χρησιμοποιείται για την ανακατασκευή τροχιών

Στον αμφιβληστροειδή μας υπάρχουν νευρώνες εξειδικευμένοι στο να ανιχνεύουν συγκεκριμένα σχήματα ή προσανατολισμούς αντικειμένων και το κάνουν αυτόματα πριν ο εγκέφαλος αρχίσει τη συνειδητή επεξεργασία των δεδομένων.

Σύμφωνα με τον Diego Tonelli, έναν από τους συγγραφείς της εργασίας, ο «τεχνητός αμφιβληστροειδής» ανιχνεύει ένα στιγμιότυπο της τροχιάς του σωματιδίου που στη συνέχεια αναλύεται άμεσα.  Αυτά τα στιγμιότυπα στη συνέχεια αντιστοιχίζονται με έναν αλγόριθμο που μπορεί να τρέξει σε έναν υπολογιστή. Η σάρωση και η ανάλυση των τροχιών θα ταυτοποιήσει τα χαρακτηριστικά των σωματιδίων.

Στον LHC πραγματοποιούνται 40 εκτομμύρια κρούσεις ανά δευτερόλεπτο

Το ζητούμενο είναι η ταχύτητα επεξεργασίας. Στον LHC πραγματοποιούνται 40 εκατομμύρια συγκρούσεις ανά δευτερόλεπτο και η καθεμία από αυτές μπορεί να δημιουργήσει πολλά φορτισμένα σωματίδια, με αποτέλεσμα οι φυσικοί να έχουν έναν τεράστιο όγκων δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.  Αν χρησιμοποιηθεί ο νέος αλγόριθμος σε ένα τέτοιο πείραμα η συλλογή των δεδομένων θα γίνεται 400 φορές πιο γρήγορα, σύμφωνα με τον Tonelli.

Ο νέος αλγόριθμος προορίζεται να χρησιμοποιηθεί στην «φυσική των γεύσεων» που ασχολείται με την αλληλεπίδραση των κουάρκ. Παρότι δεν έχει ως στόχο την έρευνα σχετικά με το μποζόνιο Higgs θα μπορούσε να μας δώσει περισσότερες πληροφορίες γι αυτό, καθώς επίσης θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμος στην αναζήτηση σκοτεινής ύλης ή την μελέτη της αντιύλης.

Από: bbc.com

Πηγή: tovima.gr , physicsgg.me