Yurii Mongol
0 
978
31
Zappa en massa superkylda atomer med ett magnetfält och du kommer att se "kvant fyrverkerier" - atomer av atom som skjuter av i till synes slumpmässiga riktningar.
Forskare upptäckte detta tillbaka 2017, och de misstänkte att det kan finnas ett mönster i dessa fyrverkerier. Men de kunde inte upptäcka det på egen hand. Så, de överlämnade problemet till en dator tränad i mönstermatchning, som kunde upptäcka vad de inte kunde: en form, målad av fyrverkerierna över tid, i explosion efter atomstrålsprängning. Den formen? En funky liten sköldpadda.
Resultaten, som publicerades som en rapport den 1 februari i tidskriften Science, är bland de första stora exemplen på forskare som använder maskininlärning för att lösa kvantfysikproblem. Människor borde förvänta sig att se fler digitala hjälpmedel av detta slag, skrev forskarna, eftersom kvant-fysiksexperiment alltmer involverar system som är för stora och komplexa för att analysera med enbart hjärnkraften. [De 18 största olösta mysterierna i fysik]
Här är varför datoriserad hjälp var nödvändig:
För att skapa fyrverkerierna började forskarna med ett tillstånd som kallas ett Bose-Einstein-kondensat. Det är en grupp atomer som bringas till temperaturer så nära absolut noll att de klumpar sig samman och börjar bete sig som en superatom och uppvisar kvanteffekter på relativt stora skalor.
Varje gång ett magnetfält träffade kondensatet skulle en handfull atomstrålar skjuta bort från det, i tydligen slumpmässiga riktningar. Forskarna gjorde bilder av jetplanerna och pekade på atomernas positioner i rymden. Men till och med många av dessa bilder som är lagrade ovanpå varandra avslöjade inte något uppenbart rim eller anledning till atomernas beteende.
via Gfycat
Det som datorn såg att människor inte kunde var att om dessa bilder roterades för att sitta ovanpå varandra, kom en klar bild fram. Atomerna tenderade i genomsnitt att slänga sig bort från fyrverkeriet i en av sex riktningar relativt varandra under varje sprängning. Resultatet var att tillräckligt med bilder, roterade och skiktade på rätt sätt, avslöjade fyra "ben" i rät vinkel mot varandra, liksom ett längre "huvud" mellan två av benen matchade med en "svans" mellan de andra två . Resten av atomerna var ganska jämnt fördelade över tre ringar, som utgjorde sköldpaddans skal.
Detta var inte uppenbart för mänskliga observatörer eftersom riktningen i "sköldpaddan" var orienterad under varje sprängning var slumpmässig. Och varje sprängning utgör bara några få delar av det övergripande sköldpaddformade pusslet. Det krävde en dators oändliga tålamod för att ha siktat igenom röriga data för att ta reda på hur alla bilder ska ordnas så att sköldpaddan växte fram.
Den här typen av metod - att släppa en dators mönsterigenkänningsförmåga på en stor, rörig datauppsättning - har varit effektiv i ansträngningar, allt från att tolka tankarna som passerar genom mänskliga hjärnor till fläckar av exoplaneter som kretsar om avlägsna stjärnor. Det betyder inte att datorer överträffar människor; människor måste fortfarande träna maskinerna för att märka mönstren, och datorerna förstår inte på något meningsfullt sätt vad de ser. Men tillvägagångssättet är ett allt vanligare verktyg i det vetenskapliga verktygssatsen som nu har tillämpats på kvantfysik.
Naturligtvis när datorn visade upp detta resultat kontrollerade forskarna sitt arbete med hjälp av några gammaldags mönsterjaktstekniker som redan är vanliga inom kvantefysiken. Och när de visste vad de skulle leta efter fann forskarna sköldpaddan igen, även utan datorns hjälp.
Ingen av denna forskning förklarar ännu varför fyrverkerierna över tid visar sköldpaddas form, påpekade forskarna. Och det är inte den typ av frågan om maskinell inlärning är väl lämpad att svara på.
"Att känna igen ett mönster är alltid det första steget i vetenskapen, så denna typ av maskininlärning kan identifiera dolda förhållanden och funktioner, särskilt när vi skiftar för att försöka förstå system med ett stort antal partiklar," ledar författaren Cheng Chin, en fysiker på University of Chicago, sade i ett uttalande.
Nästa steg i att ta reda på varför dessa fyrverkerier skapar en sköldpaddsmönster kommer sannolikt att innebära mycket mindre maskininlärning och mycket mer mänsklig intuition..
- 7 Konstiga fakta om kvarkar
- 40 Freaky Frog Photos
- Topp 10 sätt att förstöra jorden
Ursprungligen publicerad den .