Radiación cósmica: gran avance gracias a la Inteligencia Artificial

El uso de Inteligencia Artificial (IA) ha permitido reconocer la masa de las partículas más energéticas de la radiación cósmica que impactan en la Tierra.

"No suelen ser protones, sino núcleos significativamente más pesados, como átomos de nitrógeno o hierro", afirma en un comunicado el Dr. Jonas Glombitza, del Centro Erlangen de Física de Astropartículas (ECAP) de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg (FAU). El hallazgo, publicado en Physical Review Letters, ha sido confirmado con observaciones telescópicas.

La radiación cósmica de ultraalta energía probablemente proviene de galaxias más allá de la Vía Láctea. Está compuesta por núcleos atómicos con una carga de 10 elevado a 18 a 10 elevado a 20 electronvoltios, lo que los convierte en las partículas más energéticas de la naturaleza. Al entrar en la atmósfera terrestre, estas partículas primarias interactúan y desencadenan una lluvia de aire, una cascada de innumerables partículas más pequeñas, como electrones, positrones, fotones y muones. Algunas son absorbidas por la atmósfera, mientras que otras alcanzan la superficie terrestre en un radio de varios kilómetros cuadrados.

OBSERVATORIO PIERRE AUGER

Durante la interacción entre la cascada de partículas y las moléculas de nitrógeno de la atmósfera, se produce luz fluorescente, que puede medirse con telescopios especializados, como el Observatorio Pierre Auger, la mayor instalación del mundo para la investigación de la radiación cósmica. "Las mediciones allí se llevan realizando durante 15 años", afirma Glombitza.

Según nuestro conocimiento sobre la formación de átomos, las partículas primarias de la radiación cósmica de ultraalta energía pueden estar compuestas por todos los elementos, desde el hidrógeno hasta el hierro. Debido a su gran masa, un átomo de hierro puede generar una cascada de partículas mucho más compleja al entrar en la atmósfera terrestre que un solo protón.

La mayor cantidad de partículas de la lluvia, que producen la máxima luz fluorescente, aparece, por lo tanto, a mayor distancia de la superficie terrestre. En cambio, una partícula primaria de menor masa puede penetrar mucho más profundamente en la atmósfera antes de que su lluvia de partículas alcance la máxima luz.

El análisis de la máxima luz fluorescente proporciona buenas pistas sobre la masa de la partícula primaria. Sin embargo, los telescopios solo funcionan en noches despejadas sin luna, por lo que hay muchos menos datos disponibles para la evaluación estadística que con los detectores de superficie, que funcionan las 24 horas del día. Sin embargo, hasta el momento, no ha sido posible reconstruir la máxima luz de la lluvia de partículas a partir de los complejos patrones de distribución de los detectores de superficie.

SIN IA SE HABRÍA TARDADO 150 AÑOS

Esta tarea ahora la realiza la IA. Se entrenó para reconstruir innumerables lluvias de partículas simuladas, donde el patrón de distribución de las partículas permite ahora determinar la masa de la partícula primaria. Posteriormente, los modelos se calibran con observaciones reales de telescopios.

Así, los datos de los detectores de superficie de 60.000 lluvias de partículas pueden utilizarse para la estimación de la masa.

"Para lograr los mismos resultados sin IA, habríamos tenido que observar con los telescopios durante 150 años. Este es el gran avance que he logrado", afirma Glombitza