Пучок частиц в ускорителе похож на рой мошек: каждая летит со своей скоростью и под своим углом. Чтобы рой не разлетался и попадал в цель, инженерам нужно знать, как именно движутся все частицы сразу — все шесть координат их движения. Но обычные датчики показывают лишь плоскую тень роя на экране, как отпечаток на стекле после удара.
Нейросеть из этой работы учится восстанавливать полный рой по шестнадцати таким теням. Снимки делают на экране в месте, где пучок слегка разворачивается, и между кадрами меняют настройки магнитов и фазу ускоряющего поля. Так каждая частица оставляет на экранах свой след под разными углами, и по этим следам сеть собирает объёмную картину.
Метод проверили на инжекторе комплекса KEK-ATF в Японии. Сеть обучили на компьютерных симуляциях, а затем скормили ей реальные снимки. Восстановленные размеры пучка у катода и его длительность совпали с прямыми измерениями. Значит, по теням на экране можно судить о рое в целом.
Теперь настройка ускорителя может стать проще: вместо громоздкой томографии достаточно сделать шестнадцать снимков и прогнать их через нейросеть. Это экономит время и вычислительные мощности, а значит, метод пригодится на действующих установках.
Пучок в ускорителе — это сгустки частиц, которые летят почти со скоростью света. Их длительность — пикосекунды: за одну пикосекунду свет проходит треть миллиметра.