Ny beregningsmetode giver mere præcise forudsigelser af, hvordan atomer ioniserer, når de påvirkes af højenergielektroner

Forskere har udviklet en ny teoretisk ramme, der giver mulighed for mere præcise forudsigelser af, hvordan elektroner udstødes fra atomer, når de interagerer med højenergistråling. Denne ramme er baseret på en kombination af kvantemekanik og maskinlæringsteknikker.

Ioniseringen af ​​atomer, den proces, hvorved en elektron fjernes fra sit moderatom, er en fundamental proces i mange fysiske fænomener, herunder røntgengenerering, partikelacceleration og plasmadannelse. Denne proces er særlig vigtig i forbindelse med højenergifysiske eksperimenter, hvor den præcise viden om ioniseringshastigheder er afgørende for at forstå subatomære partiklers opførsel.

Den nye beregningsmetode, udviklet af et team ledet af Dr. Oliver Bünermann ved Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Rusland og kolleger fra Tyskland, Polen og Storbritannien, forbedrer nøjagtigheden af ​​forudsigelser for elektroner markant. ionisering af atomer udsat for højenergistråling. Rammen er baseret på den relativistiske plane-wave Born approksimation (PWBA), som giver en præcis beskrivelse af ioniseringsprocesser ved høje energier.

Det vigtigste fremskridt ligger i kombinationen af ​​PWBA med avancerede maskinlæringsteknikker. Maskinlæringsalgoritmerne trænes på et omfattende datasæt af eksperimentelle data, hvilket giver dem mulighed for at lære de komplekse underliggende mønstre og sammenhænge, ​​der styrer elektronionisering. Dette gør det muligt for rammen at lave mere nøjagtige forudsigelser for forskellige målatomer, indfaldende elektronenergier og ioniseringskanaler.

Forskerne evaluerede ydeevnen af ​​deres nye tilgang ved at sammenligne dens forudsigelser med eksperimentelle data for forskellige atomare mål, herunder brint, helium, kulstof og nitrogen. Resultaterne viste betydelige forbedringer i nøjagtighed sammenlignet med eksisterende teoretiske modeller, hvilket viser rammens potentiale til at levere mere pålidelige ioniseringsdata til en bred vifte af applikationer.

Den nye beregningstilgang har flere potentielle anvendelser inden for forskellige videnskabelige områder, herunder højenergifysik, atom- og molekylfysik, astrofysik og plasmafysik. Det kan også bidrage til udviklingen af ​​strålebeskyttelsesforanstaltninger, da det muliggør mere nøjagtige skøn over strålingseksponeringen og dens virkninger på biologiske væv.

Forskerholdet planlægger at forfine rammeværket yderligere og udvide dets muligheder til at dække en bredere vifte af scenarier og applikationer. De har også til formål at udforske brugen af ​​alternative maskinlæringsteknikker og undersøge de underliggende fysiske principper, der styrer ioniseringsprocessen for at få en dybere forståelse af dette grundlæggende fænomen.

Sammenfattende repræsenterer den nye beregningsmetode udviklet af Dr. Bünermann og kolleger et betydeligt fremskridt med hensyn til at forudsige ionisering af atomer udsat for højenergistråling. Ved at kombinere kvantemekanik og maskinlæring giver rammen mere nøjagtige og pålidelige ioniseringsdata, hvilket åbner nye veje for forskning og anvendelser inden for forskellige videnskabelige områder.