La ionizzazione degli atomi, il processo mediante il quale un elettrone viene rimosso dal suo atomo genitore, è un processo fondamentale in molti fenomeni fisici, tra cui la generazione di raggi X, l'accelerazione delle particelle e la formazione del plasma. Questo processo è particolarmente importante nel contesto degli esperimenti di fisica delle alte energie, dove la conoscenza precisa dei tassi di ionizzazione è cruciale per comprendere il comportamento delle particelle subatomiche.
Il nuovo approccio di calcolo, sviluppato da un team guidato dal Dr. Oliver Bünermann presso l’Istituto congiunto per la ricerca nucleare (JINR) di Dubna, in Russia, e da colleghi provenienti da Germania, Polonia e Regno Unito, migliora significativamente l’accuratezza delle previsioni per gli elettroni ionizzazione di atomi esposti a radiazioni ad alta energia. Il quadro si basa sull'approssimazione relativistica di Born dell'onda piana (PWBA), che fornisce una descrizione accurata dei processi di ionizzazione ad alte energie.
Il progresso chiave risiede nella combinazione della PWBA con tecniche avanzate di apprendimento automatico. Gli algoritmi di apprendimento automatico vengono addestrati su un set completo di dati sperimentali, consentendo loro di apprendere i complessi modelli e le relazioni sottostanti che governano la ionizzazione degli elettroni. Ciò consente al quadro di fare previsioni più accurate per diversi atomi bersaglio, energie degli elettroni incidenti e canali di ionizzazione.
I ricercatori hanno valutato le prestazioni del loro nuovo approccio confrontando le sue previsioni con i dati sperimentali per vari bersagli atomici, tra cui idrogeno, elio, carbonio e azoto. I risultati hanno mostrato miglioramenti significativi in termini di accuratezza rispetto ai modelli teorici esistenti, dimostrando il potenziale del quadro nel fornire dati sulla ionizzazione più affidabili per un'ampia gamma di applicazioni.
Il nuovo approccio di calcolo ha diverse potenziali applicazioni in vari campi scientifici, tra cui la fisica delle alte energie, la fisica atomica e molecolare, l’astrofisica e la fisica del plasma. Può anche contribuire allo sviluppo di misure di radioprotezione, poiché consente stime più accurate dell’esposizione alle radiazioni e dei suoi effetti sui tessuti biologici.
Il gruppo di ricerca prevede di perfezionare ulteriormente il quadro ed estendere le sue capacità per coprire una gamma più ampia di scenari e applicazioni. Mirano inoltre a esplorare l’uso di tecniche alternative di apprendimento automatico e a indagare i principi fisici sottostanti che governano il processo di ionizzazione per ottenere una comprensione più profonda di questo fenomeno fondamentale.
In sintesi, il nuovo approccio di calcolo sviluppato dal Dr. Bünermann e colleghi rappresenta un progresso significativo nella previsione della ionizzazione degli atomi esposti a radiazioni ad alta energia. Combinando la meccanica quantistica e l’apprendimento automatico, il quadro fornisce dati sulla ionizzazione più accurati e affidabili, aprendo nuove strade per la ricerca e le applicazioni in vari campi scientifici.
