I ricercatori del Laboratorio di Metodi per l'Analisi dei Big Data (LAMBDA) presso la Higher School of Economics hanno migliorato il loro metodo di analisi dei raggi cosmici ad altissima energia (UHECR) con l'uso dei telefoni cellulari. Il lavoro è stato svolto nell'ambito dell'esperimento CRAYFIS ei risultati sono stati presentati alla 22a Conferenza internazionale sull'informatica nelle alte energie e la fisica nucleare.

I raggi cosmici entrano costantemente nell'atmosfera terrestre. Questi includono raggi cosmici ad altissima energia (UHECR), che hanno un'energia superiore a 10 ¹⁸ eV). Le loro proprietà rimangono un po' un mistero per gli scienziati. Provengono da supernovae e buchi neri, e, interagendo con le particelle atmosferiche, formano cascate di particelle secondarie con energia inferiore. Questi sono noti come docce atmosferiche estese (EAS). Gli scienziati hanno calcolato che con un rivelatore con una superficie di 1 km ² , sarebbe possibile rilevare circa un evento ogni 100 anni. Per uno studio completo, sarebbe necessaria una superficie delle dimensioni di un piccolo paese europeo.

Il progetto CRAYFIS propone di utilizzare una rete di telefonia mobile distribuita per rilevare questi UHECR. Per fare questo, i ricercatori del LAMBDA di HSE hanno sviluppato un algoritmo per la costruzione di reti neurali convoluzionali che possono essere utilizzate con i telefoni cellulari convenzionali per registrare i muoni che compongono queste piogge atmosferiche.

Le fotocamere dei telefoni cellulari utilizzano una tecnologia simile a quella dei rilevatori di particelle, e quindi sono in grado di rilevare EAS. Le particelle interagiscono con la camera CMOS e lasciano tracce di pixel debolmente attivati, che può essere difficile da distinguere da interferenze e rumori casuali. I volontari dell'esperimento hanno installato l'applicazione sui loro smartphone e li hanno lasciati con le fotocamere rivolte verso il basso durante la notte, in modo che la luce normale non cadesse su di loro. Gli smartphone scansionano immagini megapixel a una velocità da cinque a 15 fotogrammi al secondo e inviano le informazioni necessarie al server.

Gli scienziati si aspettano che i segnali dell'interazione dei raggi cosmici si verifichino in meno di uno su 500 fotogrammi dell'immagine. A causa del fatto che milioni di telefoni potenzialmente parteciperanno all'esperimento, sorge un problema nel separare da tutte le altre quelle immagini su cui sono registrate tracce di muoni. "È necessario un algoritmo di trigger per eliminare i dati in background. Abbiamo creato una rete neurale per il rilevamento dei segnali dei muoni, che può essere utilizzato su qualsiasi telefono cellulare abbastanza velocemente da elaborare un flusso video. Una funzione speciale consente di utilizzare l'algoritmo su qualcosa di semplice come un telefono cellulare, il che significa che ora possono analizzare le risposte ai raggi cosmici, "dice Andrei Ustyuzhanin, capo di LAMBDA presso HSE.

La rete è suddivisa in cascate. La prima cascata funziona con un'immagine ad alta risoluzione, e ogni cascata successiva lavora con un'immagine quattro volte più piccola, lavorando solo su quelle parti che la cascata precedente ha rilevato come interessanti. Se non ci sono siti interessanti, la cascata può impedire alla rete di analizzare una parte particolare dell'immagine. Il modello matematico è attualmente in fase di beta testing. Gli scienziati cittadini possono partecipare come volontari registrandosi su crayfis.io. I ricercatori sperano che, se il progetto ha successo, le informazioni ottenute consentiranno agli astrofisici di tutto il mondo di chiarire da dove provengono i raggi cosmici di altissima energia, e sviluppare teorie intorno alle loro proprietà.