Dr. Jonas Glombitza vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) hat in einem bahnbrechenden Forschungsprojekt die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) zur Analyse von Daten zur kosmischen Strahlung vorangetrieben. Seine Ergebnisse, die am 12. März 2025 veröffentlicht wurden, zeigen, dass die energiereichsten Teilchen, die die Erde erreichen, nicht wie bislang angenommen hauptsächlich Protonen, sondern schwerere Kerne wie Stickstoff- oder Eisenatome sind. Diese neue Erkenntnis hat das Potenzial, unser Verständnis der Hochenergieastrophysik erheblich zu erweitern. fau.de.
Glombitza begann 2017 an der RWTH Aachen mit der Programmierung von maschinellen Lern-Tools und wechselte 2022 zur FAU. In Anerkennung seiner Fähigkeiten erhielt er 2025 den ETI-Award, eine Auszeichnung zur Talentförderung der Universität. Interessanterweise gibt es einen gewissen Widerstand gegen den Begriff „Künstliche Intelligenz“ in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, da dessen Definitionen stark variieren.
Technologische Innovationen und Herausforderungen
Die von Glombitza entwickelte KI-Analyse stellt die zweite Anwendung von maschinellem Lernen in der Astroteilchenphysik dar und ermöglicht die Auswertung von 60.000 Teilchenschauern. Dies wäre ohne die Technologie mit einem Aufwand von 150 Jahren an Teleskopbeobachtungen verbunden gewesen. Die Primärteilchen, die diese Luftschauer erzeugen, stammen vermutlich aus Galaxien außerhalb der Milchstraße und haben Energien zwischen 10^18 und 10^20 Elektronenvolt.
Das Pierre-Auger-Obervatorium in Argentinien, die größte Anlage zur Erforschung der kosmischen Strahlung, spielt eine entscheidende Rolle in Glombitzas Forschung. Diese 3.000 km² große Einrichtung umfasst 27 Teleskope und 1.660 Oberflächendetektoren, die in Wassertanks installiert sind. Ihr Ziel ist es, die Fluoreszenzlicht-Emissionen von Teilchenschauern zu messen. Die Leistung der Teleskope ist jedoch auf klare, mondlose Nächte beschränkt, was die Menge an Daten für die Analyse limitiert. iap.kit.edu.
Die Herausforderungen in der Erforschung der kosmischen Strahlung sind enorm. Hochenergetische Teilchen treten äußerst selten auf, mit nur einem Teilchen pro Quadratkilometer und Jahrhundert. Diese extremen Bedingungen erfordern große Detektoranlagen und fortschrittliche Technologien, um das Rätsel um die Herkunft und Ausbreitung dieser Partikel zu lösen.
Die Komplexität der kosmischen Strahlung
Kosmische Strahlung selbst ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung, die aus der Sonne, unserer Milchstraße und fernen Galaxien stammt. Diese Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, Elektronen und vollständig ionisierten Atomen. Etwa 1.000 Teilchen treffen pro Quadratmeter und Sekunde auf die äußere Erdatmosphäre. Jedes der ankommenden Primärteilchen kann dazu führen, dass ein Luftschauer von bis zu 10^11 Sekundärteilchen entsteht. Das Ergebnis ist eine unübersichtliche Kaskade aus Teilchen, die mit verschiedenen Methoden untersucht werden kann, wobei nur ein geringer Teil dieser Sekundärstrahlung die Erdoberfläche erreicht wikipedia.org.
Zu den vielen Fragen, die die Wissenschaftler beschäftigen, gehört die Energieverteilung dieser Teilchen. Ihre Intensität kann stark variieren, insbesondere in Abhängigkeit von Sonnenaktivität und Sonnenfleckenzyklen. Darüber hinaus ist die Erforschung der Eigenschaften der Sekundärstrahlung, wie Myonen, die hauptsächlich auf Meereshöhe beobachtet werden, von großer Bedeutung, insbesondere für die Betrachtung der Strahlenexposition, was für zahlreiche Berufsgruppen von Bedeutung ist.
