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  • Une Application qui Transforme votre Smartphone en Détecteur de Rayons Cosmiques

    Posté le 30 janvier 2018

    Des chercheurs du Laboratory of Methods for Big Data Analysis (LAMBDA) à la Higher School of Economics ont amélioré leur méthode d’analyse des rayons cosmiques de haute énergie (UHECR) grâce à l’utilisation de smartphones. Ce travail a été réalisé en partie par CRAYFIS et les résultats ont été présentés à la 22ème conférence internationale d’informatique des hautes énergies et la physique nucléaire.

    Les rayons cosmiques entrent constamment dans l’atmosphère terrestre. Ils incluent des rayons cosmiques de ultra-haute énergie ayant une énergie de plus de 1018 eV. Leurs propriétés reste un mystère pour les scientifiques. Ils proviennent de supernova et de trous noirs, et, en interagissant avec les particules de notre atmosphère ils forment une cascade de particules secondaires de plus faible énergie connue sous le nom de douches atmosphériques étendues (EAS – Extended Atmospheric Showers). Les scientifiques ont calculé qu’avec un détecteur d’une superficie d’un kilomètre carré il serait possible de détecter approximativement un évènement tous les 100 ans. Pour une étude complète, la superficie de la taille d’un petit pays européen serait nécessaire.

    Le projet CRAYFIS propose d’utiliser un réseau distribué de téléphonie mobile pour détecter ces UHECRs. Pour ce faire, les chercheurs ont développé un algorithme pour construire des réseaux neuronaux convolutifs qui peuvent être utilisés avec des smartphones conventionnels pour enregistrer les muons qui constituent ces douches de particules.

    Les caméras des smartphones utilisent une technologie similaire à celle des détecteurs de particules, et sont donc capables de détecter des EAS. Les particules interagissent avec le capteur CMOS et laissent des traces de pixels activés faiblement, ce qui peut être difficile à distinguer des interférences et du bruit de fond. Des volontaires ont installé l’application sur leur smartphone et les ont laissé face contre terre pendant toutes les nuits pour que la lumière naturelle ne les frappe pas directement. Les smartphones scannent les images à la vitesse de 15 images par seconde et envoient les informations nécessaires au serveur.

    Les scientifiques espèrent que les signaux de l’interaction des rayons cosmiques se produise un peut moins qu’une image toutes les 500 images. Dû au fait que des millions de smartphones pourront potentiellement participer à l’expérience, un problème surgit pour séparer les images où des traces de muons sont enregistrées des autres. “Un algorithme déclencheur requiert l’élimination des bruits de fonds. Nous avons créé un réseau neuronal pour la détection de ces signaux de muons, qui peut être utilisé sur n’importe quel smartphone assez rapide pour traiter un flux vidéo. Une caractéristique spéciale rend possible l’utilisation de l’algoritme sur quelque chose d’aussi simple qu’un smartphone ce qui signifie qu’ils peuvent maintenant analyser les rayons cosmiques” explique Andrei Ustyuzhanin, responsable de LAMBDA à HSE

    Le réseau est divisé en cascades. La première cascade fonctionne avec une image haute résolution et chaque cascade suivante fonctionne avec une image 4 fois plus petite, travaillant seulement sur les parties que la cascade précédente a trouvé intéressantes. S’il n’y a aucun site intéressant, la cascade peut empêcher le réseau d’analyser une partie particulière de l’image. Le modèle mathématique utilisé est actuellement en phase de test beta. Les citoyens scientifiques peuvent participer en tant que volontaires en s’enregistrant sur Crayfis.io. Les chercheurs espèrent que, si le projet a du succès, l’information obtenue permettra aux astrophysiciens autour du monde de clarifier d’où proviennent les rayons cosmiques à ultra-haute énergie, et de développer des théories autour de leurs propriétés.

    Via PhysOrg

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