МИФИ и ЯрГУ: объединенные «ПАМЕЛОЙ»

С 2013 года в ЯрГУ идет работа над проектом «Изучение механизма генерации античастиц в Галактике по данным международного космофизического эксперимента «ПАМЕЛА»». С ярославскими физиками сотрудничают специалисты МИФИ. О том, как проходит совместная работа, рассказывает Андрей МАЙОРОВ, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики МИФИ.

Я работаю в проекте «ПАМЕЛА» с 2007 года. Это международный космический эксперимент, который проводится с помощью магнитного спектрометра «ПАМЕЛА». Он был создан коллаборацией ученых России, Италии, Швеции, Германии. Основная задача «ПАМЕЛЫ» - измерение спектров античастиц высоких энергий в космическом излучении.

Вычислительные и человеческие ресурсы

«ПАМЕЛА» требует значительных вычислительных ресурсов, поскольку в ходе эксперимента мы получаем огромные объемы данных. За всё время проведения измерений на орбите зарегистрировано более двух с половиной миллиардов событий, получено более 16 Терабайт экспериментальной информации. Человеческие ресурсы тоже важны: нужно грамотно написать программу, обработать и проанализировать данные. Спустя несколько лет после начала эксперимента возникла идея приобщить к нашей работе сотрудников ЯрГУ им. П.Г. Демидова. Я предложил привлечь Ольгу Дунаеву, канд. ф.-м. н., доцента кафедры вычислительных и программных систем факультета ИВТ ЯрГУ, с которой мы учились в 33-й школе г. Ярославля. Мы – МИФИ и ЯрГУ - подали заявку на грант РНФ, победили и теперь работаем вместе по проекту «ПАМЕЛА». Нам показалось интересным разбавить экспериментальные исследования: предложить новые теоретические положения на основе новых данных. Александр Васильевич Кузнецов, д. ф.-м. н., профессор кафедры теоретической физики ЯрГУ, собрал свою группу, в которой работает еще один приглашенный специалист из МИФИ - к. ф.-м. н. Александр Александрович Кириллов. Они занимаются интерпретацией наших данных.

Изучение космических лучей

Какие же данные мы обрабатываем и интерпретируем? Прибор «ПАМЕЛА» регистрирует электроны, позитроны, протоны, антипротоны, легкие ядра и их изотопы в космическом излучении. Прибор был очень удачно выведен на орбиту; условия орбиты позволяют регистрировать одновременно все компоненты космических лучей: галактическую, солнечную, компоненты в околоземном пространстве. Основная задача была связана с изучением галактических лучей. Чем они интересны? Например, поиском античастиц в космических лучах: позитронов и антипротонов. Их нет в звездах, а ведь именно звезды - основной источник космических лучей. Эти античастицы образуются в результате взаимодействия космических лучей с межзвездной средой. Их поток можно вычислить, и такие расчеты были сделаны. Но эксперимент «ПАМЕЛА» показал, что расчеты и данные, которые мы получили, не совпадают: потоки позитронов и антипротонов оказались выше предсказываемого. Превышение в позитронах ассоциируют сегодня с темной материей: считается, что темная материя – это дополнительный источник позитронов, с этих позиций мы и объясняем данные «ПАМЕЛА». 

Фото: Павел Комаров ИТАР-ТАСС 

Вклад ярославской группы

Обработка экспериментальных данных – очень сложный процесс. Нужно обработать эти данные надежными критериями отбора, после чего можно сказать, какую частицу мы идентифицировали: позитрон, или электрон, или что-то еще. Надежные критерии – это жесткие критерии. В этом случае данные достоверны, зато событий остается немного. Ослабляя критерии, мы рискуем допустить ошибку в идентификации частицы, зато событий будет больше. Но существуют специальные математические методы, которые позволяют ослабить критерии отбора, но вместе с тем максимально увеличить эффективность идентификации событий. Этими математическими методами как раз и занимается ярославская группа. Они основаны на обучающих алгоритмах. Сначала моделируется прохождение частиц нужного сорта через прибор. Отклик прибора дает нам обучающую выборку, которая является эталоном – отклик на конкретный тип частиц.  Затем алгоритм, обученный на известных данных, выбирает из экспериментальных данных события, которые схожи с теми, что есть в моделировании. Если взаимодействие частиц совпадает по двум-трем параметрам, но различается по четвертому-пятому, человек может это упустить, а машина обязательно заметит.

Движение вперед

Эти методы позволят нам продвинуться вперед по энергии и проверить интересную особенность позитронов, которую обнаружил другой международный орбитальный проект - детекторный комплекс AМS-02.  Имея данные наблюдений за 10 лет, мы надеемся, что сможем продвинуться до энергии порядка 500 гигаэлектронвольт и посмотреть, действительно ли AMS-02 видит этот спад. Это очень важно для понимания картины мира. Жизнь показывает, что данных одного эксперимента иногда оказывается недостаточно. Очень часто эксперименты могут ошибаться. Но когда два эксперимента подтверждают один и тот же результат, доверие к нему возрастает.

← Возврат к списку