Розкриваючи Таємниці Всесвіту: реконструкція слідів нейтрино

Нейтринна обсерваторія IceCube є детектором нейтрино і розташована в одному кубічному кілометрі первозданного льоду на Південному полюсі. Її головна мета – виявлення астрофізичних нейтрино (нейтрино, що походять з позаземних джерел) та визначення їх джерел. Нещодавно обсерваторія IceCube надала вченим неймовірну можливість разом дослідити таємниці Всесвіту та розширити межі людських знань. Нове дослідження, зумовлене цікавістю та рішучістю фізиків, привело до чудових відкриттів, які дозволяють зазирнути у простори космічного світу за межами нашої галактики.

Ми хотіли б висловити щиру подяку блискучим розумам, які працюють в обсерваторії IceCube, за запропоновану команді вчених QuData можливість взяти участь у їх новаторських дослідженнях. Їхня робота з вивчення Всесвіту допомогла нашим фізикам вийти на нові рубежі наукових знань. Ми вдячні організаторам досліджень за наданий великий набір даних, без якого ми не змогли б навчати складні алгоритми та об’єднувати їх в ансамбль.

Нейтрино, які часто називають «частинками-привидами», – це невловимі субатомні частинки, які перетинають Всесвіт майже зі швидкістю світла. Вони не мають електричного заряду і вкрай слабо взаємодіють з матерією, що робить їх неймовірно складними для виявлення. Однак їх знаходження має першочергове значення, оскільки вони можуть нести цінну інформацію про далекі космічні події.

У проведеному дослідженні наше завдання полягало в розробці передових алгоритмів для аналізу даних, зібраних Нейтринною обсерваторією IceCube. Розташована глибоко під антарктичним льодом, обсерваторія є вражаючою спорудою, що включає тисячі датчиків, здатних вловлювати взаємодії нейтрино. Уважно вивчаючи ці взаємодії, вчені прагнуть розкрити таємниці астрофізичних явищ, таких як наднові зорі, чорні діри і навіть загадкова темна матерія.

Щоб дослідити великий обсяг даних, зібраних обсерваторією, команда QuData годинами ретельно аналізувала заплутані закономірності у пошуках характерних ознак взаємодії нейтрино. За допомогою потужних методів машинного навчання ми розробили алгоритм для ідентифікації та класифікації цих невловимих частинок серед величезного обсягу космічного фонового шуму.

Наш підхід до відновлення слідів нейтрино полягав у використанні ансамблю моделей Transformer та модифікованих моделей GraphNet. Ви можете детальніше ознайомитися з усіма відомостями про проведене дослідження у повному звіті, де подано всебічний огляд дослідницького процесу, методології та отриманих результатів. У звіті ми обговорюємо проблеми, які виникали в ході роботи, та інноваційні підходи, які ми використовували для їх вирішення. Щоб докладніше дізнатись про технічні аспектами нашої праці і навіть внести свій внесок у поточну розробку, ви можете ознайомитися з вихідним кодом наших рішень на GitHub.

Проведене спільне дослідження відкриває нові можливості для вивчення невловимих частинок, таких як темна матерія, яка становить значну частину маси Всесвіту, але й досі уникала безпосереднього спостереження. Використовуючи відомості обсерваторії IceCube та методи машинного навчання, ми можемо заглибитися у властивості темної матерії і, можливо, розкрити її справжню природу. Ці результати мають велике значення, прокладаючи шлях до майбутніх відкриттів у галузі космічної науки та наближаючи нас до розгадки таємниць Всесвіту.

Ірина Ткаченко, маркетолог