Η νέα προσέγγιση υπολογισμού επιτρέπει ακριβέστερες προβλέψεις για το πώς τα άτομα ιονίζονται όταν επηρεάζονται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας
Ο ιονισμός των ατόμων, η διαδικασία με την οποία απομακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο από το γονικό του άτομο, είναι μια θεμελιώδη διαδικασία σε πολλά φυσικά φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ακτίνων Χ, της επιτάχυνσης των σωματιδίων και του σχηματισμού πλάσματος. Αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα σημαντική στο πλαίσιο των πειραμάτων φυσικής υψηλής ενέργειας, όπου η ακριβής γνώση των ποσοστών ιονισμού είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της συμπεριφοράς των υποατομικών σωματιδίων.
Η νέα προσέγγιση υπολογισμού, που αναπτύχθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής τον Dr. Oliver Bünermann στο Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας (JINR) στη Ντουμπνα, τη Ρωσία και τους συναδέλφους της από τη Γερμανία, την Πολωνία και το Ηνωμένο Βασίλειο, βελτιώνει σημαντικά την ακρίβεια των προβλέψεων για ιονισμό ηλεκτρονίων των ατόμων που εκτίθενται σε ακτινοβολία υψηλής ενέργειας. Το πλαίσιο βασίζεται στην προσέγγιση του σχετικιστικού επιπέδου-κύματος (PWBA), η οποία παρέχει μια ακριβή περιγραφή των διεργασιών ιονισμού σε υψηλές ενέργειες.
Η βασική εξέλιξη έγκειται στον συνδυασμό του PWBA με προηγμένες τεχνικές εκμάθησης μηχανών. Οι αλγόριθμοι μάθησης μηχανής εκπαιδεύονται σε ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων πειραματικών δεδομένων, επιτρέποντάς τους να μάθουν τα σύνθετα υποκείμενα πρότυπα και τις σχέσεις που διέπουν τον ιονισμό ηλεκτρονίων. Αυτό επιτρέπει στο πλαίσιο να κάνει ακριβέστερες προβλέψεις για διαφορετικά άτομα στόχου, ενέργειες ηλεκτρονίων περιστατικών και κανάλια ιονισμού.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν την απόδοση της νέας τους προσέγγισης, συγκρίνοντας τις προβλέψεις του με πειραματικά δεδομένα για διάφορους ατομικούς στόχους, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου, του ήλιου, του άνθρακα και του αζώτου. Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντικές βελτιώσεις στην ακρίβεια σε σύγκριση με τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα, αποδεικνύοντας τη δυνατότητα του πλαισίου να παρέχει πιο αξιόπιστα δεδομένα ιονισμού για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Η νέα προσέγγιση υπολογισμού έχει αρκετές πιθανές εφαρμογές σε διάφορους επιστημονικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής υψηλής ενέργειας, της ατομικής και μοριακής φυσικής, της αστροφυσικής και της φυσικής του πλάσματος. Μπορεί επίσης να συμβάλει στην ανάπτυξη μέτρων ακτινοβολίας, καθώς επιτρέπει πιο ακριβείς εκτιμήσεις για την έκθεση στην ακτινοβολία και τις επιδράσεις της στους βιολογικούς ιστούς.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει περαιτέρω το πλαίσιο και να επεκτείνει τις δυνατότητές της για να καλύψει ένα ευρύτερο φάσμα σεναρίων και εφαρμογών. Στόχος τους είναι επίσης να διερευνήσουν τη χρήση εναλλακτικών τεχνικών μηχανικής μάθησης και να διερευνήσουν τις υποκείμενες φυσικές αρχές που διέπουν τη διαδικασία ιονισμού για να αποκτήσουν μια βαθύτερη κατανόηση αυτού του θεμελιώδους φαινομένου.
Συνοπτικά, η νέα προσέγγιση υπολογισμού που αναπτύχθηκε από τον Dr. Bünermann και τους συναδέλφους αποτελεί σημαντική πρόοδο στην πρόβλεψη του ιονισμού των ατόμων που εκτίθενται σε ακτινοβολία υψηλής ενέργειας. Συνδυάζοντας την κβαντική μηχανική και τη μηχανική μάθηση, το πλαίσιο παρέχει ακριβέστερα και αξιόπιστα δεδομένα ιονισμού, ανοίγοντας νέους δρόμους για έρευνα και εφαρμογές σε διάφορους επιστημονικούς τομείς.
