Лучи сверхвысоких энергий предложили изучать с помощью смартфонов

Исследователи из лаборатории методов анализа больших данных (LAMBDA) Высшей школы экономики предложили использовать обычные мобильные телефоны для сбора информации о космических лучах сверхвысоких энергий.

Космические лучи с энергией больше 1018 эВ называют лучами сверхвысоких энергий (Ultra High Energy Cosmic Rays, UHECR). Их природа пока не до конца понятна — источником могут быть и сверхновые звезды, и чёрные дыры.

Когда лучи сверхвысоких энергий попадают в атмосферу Земли и взаимодействуют с молекулами воздуха, образуются каскады вторичных частиц с более низкой энергией. Такое явление называют «Широкие атмосферные ливни». Ученые регистрируют эти «ливни», чтобы получить больше информации о порождающих их лучах сверхвысоких энергий. Однако делать это не так просто из-за большой разреженности ливней (недаром их прозвали широкими). Было подсчитано, что, если поставить детектор площадью 1 квадратный километр, ученые смогут регистрировать примерно 1 событие в 100 лет. Для полноценного же исследования необходим детектор площадью с небольшую европейскую страну.

Ученые из НИУ ВШЭ предложили регистрировать широкие атмосферные ливни с помощью распределенной сети мобильных телефонов. Мюоны, входящие в состав атмосферных ливней, взаимодействуют с камерой телефона, оставляя следы из слабо активированных пикселей, которые иногда трудно отличить от помех.

Таким образом принять участи в изучении лучах сверхвысоких энергий сможет любой желающий. Для этого лишь необходимо установить приложение на смартфон и оставить его на ночь камерой вниз, чтобы обычный свет не попадал на неё. В таком положении смартфон будет сканировать изображения со скоростью 5−15 кадров в секунду и отправлять нужную информацию на сервер.

Ожидается, что сигналы от взаимодействия космических лучей будут встречаться менее чем на 1 из 500 изображений. Таким образом, у ученых возникает проблема в отборе только тех изображений, на которых зафиксированы треки мюонов.

«Для отсева данных требуется особый алгоритм. Мы создали нейронную сеть для распознавания мюонных сигналов, которая сможет работать на мобильном телефоне достаточно быстро, чтобы успевать обрабатывать видеопоток», — цитирует пресс-служба НИУ ВШЭ Андрея Устюжанина, заведующего лабораторией LAMBDA.

Сеть состоит из нескольких последовательных алгоритмов. Первый работает с изображением высокого разрешения, а каждый последующий фокусируется на площади изображения в четыре раза меньшей -- но только на тех участках, которые предыдущий алгоритм оценил как интересные.

Сейчас проходит бета-тестирование сети. Поучаствовать в нем можно, записавшись на сайте.

Результаты исследования представлены на конгрессе 22nd International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physics и опубликованы в журнале Journal of Physics: Conference Series.

Ранее ученые выяснили, что космические лучи высоких энергий, как минимум, родом не из нашей галактики.