Pesquisadores do Laboratório de Métodos para Análise de Big Data (LAMBDA) da Escola Superior de Economia aprimoraram seu método de análise de raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECR) com o uso de telefones celulares. O trabalho foi realizado como parte do experimento CRAYFIS e os resultados foram apresentados na 22ª Conferência Internacional de Computação em Altas Energias e Física Nuclear.

Os raios cósmicos estão constantemente entrando na atmosfera da Terra. Estes incluem raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECR), que tem uma energia de mais de 10 ¹⁸ eV). Suas propriedades permanecem um mistério para os cientistas. Eles emanam de supernovas e buracos negros, e, ao interagir com as partículas atmosféricas, formam cascatas de partículas secundárias com menor energia. São conhecidos como chuveiros atmosféricos estendidos (EAS). Os cientistas calcularam que com um detector com uma área de superfície de 1 km ² , seria possível detectar aproximadamente um evento a cada 100 anos. Para um estudo completo, uma área de superfície do tamanho de um pequeno país europeu seria necessária.

O projeto CRAYFIS propõe o uso de uma rede de telefonia móvel distribuída para detectar esses UHECRs. Para fazer isso, pesquisadores do LAMBDA do HSE desenvolveram um algoritmo para a construção de redes neurais convolucionais que podem ser usadas com telefones celulares convencionais para registrar os múons que constituem esses chuveiros atmosféricos.

As câmeras de telefones celulares usam tecnologia semelhante à dos detectores de partículas, e, portanto, são capazes de detectar EAS. As partículas interagem com a câmera CMOS e deixam rastros de pixels fracamente ativados, que pode ser difícil de distinguir de interferência e ruído aleatório. Os voluntários da experiência instalaram o aplicativo em seus smartphones e os deixaram com as câmeras voltadas para baixo durante a noite, para que a luz normal não caísse sobre eles. Os smartphones fazem a varredura de imagens em megapixels a uma velocidade de cinco a 15 quadros por segundo e enviam as informações necessárias para o servidor.

Os cientistas esperam que os sinais da interação dos raios cósmicos ocorram em menos de um em cada 500 quadros de imagem. Devido ao fato de que milhões de telefones potencialmente participarão do experimento, surge um problema em separar as imagens nas quais as trilhas de múon são gravadas de todas as outras. "É necessário um algoritmo de disparo para eliminar os dados de fundo. Criamos uma rede neural para a detecção de sinais de múon, que pode ser usado em qualquer telefone móvel rápido o suficiente para processar um fluxo de vídeo. Um recurso especial torna possível usar o algoritmo em algo tão simples como um telefone celular, o que significa que agora eles podem analisar as respostas aos raios cósmicos, "diz Andrei Ustyuzhanin, chefe do LAMBDA em HSE.

A rede é dividida em cascatas. A primeira cascata funciona com uma imagem de alta resolução, e cada cascata subsequente funciona com uma imagem quatro vezes menor, trabalhando apenas nas partes que a cascata anterior detectou como interessantes. Se não houver sites interessantes, a cascata pode impedir a rede de analisar uma parte específica da imagem. O modelo matemático está atualmente em teste beta. Cientistas cidadãos podem participar como voluntários registrando-se em crayfis.io. Os pesquisadores esperam que, se o projeto for bem sucedido, as informações obtidas permitirão aos astrofísicos de todo o mundo esclarecer de onde vêm os raios cósmicos de ultra-alta energia, e desenvolver teorias em torno de suas propriedades.