Ученые использовали ИИ для поиска экзотической материи внутри нейтронных звезд

Ученые совершили прорыв в изучении нейтронных звезд, применив искусственный интеллект для расшифровки квантовых взаимодействий внутри этих космических объектов. Исследовательская группа разработала инновационную вычислительную структуру, которая действует как «сверхбыстрый суррогат», позволяя напрямую связывать астрофизические наблюдения с микроскопическими процессами, управляющими поведением протонов и нейтронов. Этот метод открывает новые горизонты в анализе данных так называемых «мультимессенджерных» событий, включая гравитационные волны от столкновений нейтронных звезд и рентгеновское излучение, зафиксированное телескопом NASA NICER.

Физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории Инго Тьюс подчеркнул уникальность подхода, отметив, что впервые в этой области удалось надежно соединить макроскопический и микроскопический миры, выводя параметры взаимодействия нейтронов напрямую из астрофизических данных. Использование алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта позволило справиться с задачей, которая ранее считалась «вычислительно неразрешимой». Стандартные методы могли требовать тысячи часов процессорного времени для получения единственного решения, в то время как новый ИИ-инструмент, понимающий основы квантовой физики, способен выдавать результаты практически мгновенно.

Разработанная система использует два ключевых алгоритма: одна модель, основанная на квантовой физике, вычисляет свойства плотной материи, а нейросеть прогнозирует физические характеристики звезды, такие как ее размер и так называемая «сжимаемость» (приливные деформации). Анализируя данные гравитационных волн и рентгеновских сигналов, команда может точно определить силу ядерного взаимодействия, удерживающего протоны и нейтроны вместе. Как объяснил соавтор исследования Исак Свенссон из Технического университета Дармштадта, эта структура позволяет перейти от наблюдений за нейтронными звездами непосредственно к пониманию взаимодействий в плотной материи.

Ученые отмечают, что разработанные инструменты показали результаты, превзошедшие ожидания. Как заявил соавтор работы Рахул Сомасундарам из Лос-Аламосской лаборатории, для данных, полученных от недавних астрофизических событий, модель дает ограничения, согласующиеся с наземными экспериментами, хотя и с несколько большими погрешностями. Однако для будущих наблюдений, которые будут проводиться с помощью детекторов нового поколения, таких как Cosmic Explorer, этот подход обещает обеспечить гораздо более точные и мощные результаты.

Благодаря этой технологии ученые теперь могут переходить непосредственно от наблюдения грандиозных космических явлений к выводам о сложной физике взаимодействий на квантовом уровне. Это открывает возможность для поиска экзотических состояний материи, таких как «супы» из кварков и глюонов, а также для изучения загадочных трехчастичных сил, которые проявляются только при экстремальном сжатии вещества. По сути, нейтронные звезды, эти космические гиганты, помогают физикам решать сложнейшие загадки субатомного мира, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях. Результаты этого исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature Communications.