Smartphones er nyttige til søgning efter sjældne kosmiske partikler

Forskere fra Laboratory of Methods for Big Data Analysis (LAMBDA) på Higher School of Economics har forbedret deres metode til at analysere kosmiske stråler med ultrahøj energi (UHECR) med brug af mobiltelefoner. Arbejdet er blevet udført som en del af CRAYFIS -eksperimentet, og resultaterne blev præsenteret på den 22. internationale konference om computing i høj energi og atomfysik.

Kosmiske stråler kommer konstant ind i Jordens atmosfære. Disse inkluderer kosmiske stråler med ultrahøj energi (UHECR), som har en energi på mere end 10 ¹⁸ eV). Deres egenskaber er stadig noget af et mysterium for forskere. De stammer fra supernovaer og sorte huller, og, ved interaktion med atmosfæriske partikler, danner kaskader af sekundære partikler med lavere energi. Disse er kendt som udvidede atmosfæriske brusere (EAS). Forskere har beregnet det med en detektor med et overfladeareal på 1 km ² , det ville være muligt at opdage cirka en hændelse hvert 100 år. For en fuldstændig undersøgelse, et overfladeareal på størrelse med et lille europæisk land ville være påkrævet.

CRAYFIS -projektet foreslår at bruge et distribueret mobiltelefonnetværk til at registrere disse UHECR'er. At gøre dette, forskere fra HSE's LAMBDA har udviklet en algoritme til konstruktion af konvolutionelle neurale netværk, der kan bruges med konventionelle mobiltelefoner til at registrere muonerne i disse atmosfæriske brusere.

Mobiltelefonkameraer bruger teknologi, der ligner den i partikeldetektorer, og derfor er i stand til at registrere EAS. Partiklerne interagerer med CMOS -kameraet og efterlader spor af svagt aktiverede pixels, som kan være svære at skelne fra interferens og tilfældig støj. Eksperimentfrivillige installerede applikationen på deres smartphones og efterlod dem med kameraerne nedad natten over, så normalt lys ikke falder på dem. Smartphones scanner megapixelbilleder med en hastighed på fem til 15 billeder i sekundet og sender de nødvendige oplysninger til serveren.

Forskere forventer, at signaler fra interaktionen mellem kosmiske stråler vil forekomme i færre end én ud af 500 billedrammer. På grund af det faktum, at millioner af telefoner potentielt vil deltage i forsøget, der opstår et problem med at adskille de billeder, hvorpå muon -spor er optaget, fra alle de andre. "En trigger -algoritme er påkrævet for at fjerne baggrundsdata. Vi har oprettet et neuralt netværk til påvisning af muonsignaler, som kan bruges på enhver mobiltelefon hurtigt nok til at behandle en videostream. En særlig funktion gør det muligt at bruge algoritmen på noget så simpelt som en mobiltelefon, hvilket betyder, at de nu kan analysere svar på kosmiske stråler, "siger Andrei Ustyuzhanin, chef for LAMBDA på HSE.

Netværket er opdelt i kaskader. Den første kaskade fungerer med et billede i høj opløsning, og hver efterfølgende kaskade arbejder med et billede fire gange mindre, arbejder kun på de dele, som den tidligere kaskade opdagede som interessante. Hvis der ikke er interessante steder, kaskaden kan stoppe netværket i at analysere en bestemt del af billedet. Den matematiske model er i øjeblikket under beta -test. Borgerforskere kan deltage som frivillige ved at registrere sig på crayfis.io. Forskere håber, at hvis projektet lykkes, de indhentede oplysninger vil gøre det muligt for astrofysikere rundt om i verden at afklare, hvor kosmiske stråler med ultrahøj energi kommer fra, og at udvikle teorier omkring deres ejendomme.