Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Технического университета Дармштадта достигли значительного прогресса в изучении ядерных взаимодействий благодаря использованию искусственного интеллекта для обработки данных, полученных в ходе астрофизических наблюдений.
Новое исследование, представленное в журнале Nature Communications, демонстрирует, как ученые применили методы машинного обучения для установления взаимосвязи между крупномасштабными характеристиками нейтронных звезд и квантовыми процессами, происходящими в составе протонов и нейтронов.
«Данная работа стала отправной точкой в данной сфере, позволив впервые достоверно связать макро- и микроуровни и определить взаимодействие нейтронов и протонов, опираясь на астрофизические наблюдения «, — сообщил физик из Лос-Аламоса Инго Тьюс.
Специалисты провели анализ информации, собранной в 2017 году при регистрации гравитационных волн, возникших в результате слияния двух нейтронных звезд (событие GW170817), и рентгеновских данных, полученных с телескопа NICER, предназначенного для изучения вращающихся нейтронных звезд. Воссоздание ядерных процессов в таких плотных объектах на основе математических моделей представляет собой сложную вычислительную задачу, нуждающуюся в значительных ресурсах.
Для преодоления этого ограничения исследователи создали систему, использующую искусственный интеллект. Она включает в себя два алгоритма: первый, применяющий принципы квантовой физики, позволяет оперативно рассчитывать характеристики плотных веществ, а второй, нейронная сеть, устанавливает связь между этими характеристиками и параметрами звёзд, например, их размером и приливными деформациями. » Созданные нами инструменты превзошли ожидания и продемонстрировали отличные результаты «, — подчеркнул один из авторов исследования Рахул Сомасундарам.
Предлагаемый метод дает новые перспективы для исследования сильного взаимодействия — одной из четырех фундаментальных сил, посредством которой кварки объединяются в протоны и нейтроны, а также удерживаются в ядре. Особенно полезен этот подход для изучения трехчастичных сил, возникающих лишь при близком расположении трех или более частиц, что представляет собой одну из наименее исследованных областей ядерной физики. Сопоставляя характеристики нейтронных звезд с квантово-механическими свойствами нейтронов, ученые открывают возможности для изучения экзотических состояний материи и фазовых переходов в кварки и глюоны.
Использование данной методики в дальнейшем, при работе с информацией, полученной с передовых детекторов, например, с телескопа Cosmic Explorer в США и телескопа Einstein Telescope в Европе, даст возможность получить более точные сведения о природе ядерных сил.