Smarttelefoner kommer til nytte for de sjeldne kosmiske partikelsøkene

The Third Industrial Revolution: A Radical New Sharing Economy (Kan 2019).

Anonim

Forskere fra Laboratory of Methods for Big Data Analysis (LAMBDA) ved Higher School of Economics har forbedret sin metode for å analysere ultrahøye energi kosmiske stråler (UHECR) ved bruk av mobiltelefoner. Arbeidet har blitt utført som en del av CRAYFIS-eksperimentet, og resultatene ble presentert på den 22. internasjonale konferansen om databehandling innen høy energi og kjernefysikk.

Kosmiske stråler kommer stadig inn i jordens atmosfære. Disse inkluderer ultrahøye energi kosmiske stråler (UHECR), som har en energi på mer enn 10 18 eV). Deres egenskaper forblir noe av et mysterium for forskere. De kommer fra supernovaer og svarte hull, og ved samspill med atmosfæriske partikler danner kaskader av sekundære partikler med lavere energi. Disse er kjent som utvidede atmosfæriske dusjer (EAS). Forskere har beregnet at med en detektor med et areal på 1 km 2, ville det være mulig å oppdage omtrent en hendelse hvert 100 år. For en fullstendig studie ville et areal være på størrelse med et lite europeisk land.

CRAYFIS-prosjektet foreslår å bruke et distribuert mobilnettverk for å oppdage disse UHECRene. For å gjøre dette har forskere fra HMS LAMBDA utviklet en algoritme for å bygge konvoluttale nevrale nettverk som kan brukes med konvensjonelle mobiltelefoner til å registrere muene som utgjør disse atmosfæriske dusjer.

Mobiltelefon kameraer bruker teknologi som ligner det i partikkel detektorer, og dermed er i stand til å oppdage EAS. Partiklene samhandler med CMOS-kameraet og lar spor av svake aktiverte piksler, som kan være vanskelig å skille fra forstyrrelser og tilfeldig støy. Eksperimentfrivillige installerte applikasjonen på smarttelefonene og la dem med kameraene vende nedoverover, slik at normalt lys ikke ville falle på dem. Smarttelefoner skanner megapikselbilder med en hastighet på fem til 15 bilder per sekund og sender den nødvendige informasjonen til serveren.

Forskere forventer at signaler fra samspillet mellom kosmiske stråler skal forekomme i færre enn en av 500 bilderammer. På grunn av det faktum at millioner av telefoner potensielt vil delta i forsøket, oppstår det et problem ved å skille mellom de bildene som muonspor er registrert fra alle de andre. "En triggeralgoritme er nødvendig for å eliminere bakgrunnsdata. Vi opprettet et neuralt nettverk for påvisning av muon-signaler, som kan brukes på alle mobiltelefoner raskt nok til å behandle en videostrøm. En spesiell funksjon gjør det mulig å bruke algoritmen på noe så enkelt som en mobiltelefon, noe som betyr at de nå kan analysere svar på kosmiske stråler, sier Andrei Ustyuzhanin, leder av LAMBDA ved HMS.

Nettverket er delt inn i kaskader. Den første kaskaden fungerer med et høyoppløselig bilde, og hver etterfølgende kaskade virker med et bilde fire ganger mindre, og arbeider bare på de delene som den forrige kaskaden oppdaget som interessant. Hvis det ikke er noen interessante nettsteder, kan kaskaden stoppe nettverket fra å analysere en bestemt del av bildet. Den matematiske modellen gjennomgår for tiden beta-testing. Borgerforskere kan delta som frivillige ved å registrere på crayfis.io. Forskerne håper at, hvis prosjektet er vellykket, vil informasjonen som er oppnådd, gjøre det mulig for astrofysikere over hele verden å avklare hvor ekstremhøye kosmiske stråler kommer fra, og å utvikle teorier rundt egenskapene deres.

menu
menu