Jonisering av atomer, processen genom vilken en elektron avlägsnas från sin moderatom, är en grundläggande process i många fysikaliska fenomen, inklusive röntgenstrålning, partikelacceleration och plasmabildning. Denna process är särskilt viktig i samband med högenergifysikexperiment, där den exakta kunskapen om joniseringshastigheter är avgörande för att förstå subatomära partiklars beteende.
Den nya beräkningsmetoden, utvecklad av ett team ledd av Dr Oliver Bünermann vid Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Ryssland, och kollegor från Tyskland, Polen och Storbritannien, förbättrar avsevärt noggrannheten i förutsägelser för elektroner. jonisering av atomer som utsätts för högenergistrålning. Ramverket är baserat på den relativistiska plane-wave Born approximation (PWBA), som ger en korrekt beskrivning av joniseringsprocesser vid höga energier.
Det viktigaste framstegen ligger i kombinationen av PWBA med avancerad maskininlärningsteknik. Maskininlärningsalgoritmerna är tränade på en omfattande datauppsättning av experimentella data, vilket gör att de kan lära sig de komplexa underliggande mönstren och sambanden som styr elektronjonisering. Detta gör det möjligt för ramverket att göra mer exakta förutsägelser för olika målatomer, infallande elektronenergier och joniseringskanaler.
Forskarna utvärderade prestandan för deras nya tillvägagångssätt genom att jämföra dess förutsägelser med experimentella data för olika atomära mål, inklusive väte, helium, kol och kväve. Resultaten visade betydande förbättringar i noggrannhet jämfört med befintliga teoretiska modeller, vilket visar ramverkets potential att tillhandahålla mer tillförlitliga joniseringsdata för ett brett spektrum av applikationer.
Den nya beräkningsmetoden har flera potentiella tillämpningar inom olika vetenskapliga områden, inklusive högenergifysik, atom- och molekylfysik, astrofysik och plasmafysik. Det kan också bidra till utvecklingen av strålskyddsåtgärder, eftersom det möjliggör mer exakta uppskattningar av strålningsexponeringen och dess effekter på biologiska vävnader.
Forskargruppen planerar att ytterligare förfina ramverket och utöka dess kapacitet för att täcka ett bredare spektrum av scenarier och tillämpningar. De syftar också till att utforska användningen av alternativa maskininlärningstekniker och undersöka de underliggande fysiska principerna som styr joniseringsprocessen för att få en djupare förståelse av detta grundläggande fenomen.
Sammanfattningsvis representerar den nya beräkningsmetod som utvecklats av Dr. Bünermann och kollegor ett betydande framsteg när det gäller att förutsäga jonisering av atomer som utsätts för högenergistrålning. Genom att kombinera kvantmekanik och maskininlärning ger ramverket mer exakta och tillförlitliga joniseringsdata, vilket öppnar nya vägar för forskning och tillämpningar inom olika vetenskapliga områden.
