Математики научились датировать события в 300 раз точнее

Фото: Tom Brown /flickr

В новой работе ученые описали информационно-аналитический подход, позволяющий уточнить время событий в 300 раз, несмотря на зашумленность исходных данных. По словам исследователей, алгоритм применим для временных данных любых масштабов.

Авторы работы столкнулись с проблемой временной неопределенности, работая с рентгеновским лазером на свободных электронах. У такого лазера временная задержка между «накачкой» энергии и испусканием импульса может на два порядка превышать его длительность, снижая временное разрешение прибора. Чтобы исправить проблему, группа ученых из США и Германии разработала универсальный алгоритм, который извлекает из зашумленных данных точную временную информацию. Результаты работы описаны в статье, опубликованной в журнале Nature.

Рентгеновский лазер на свободных электронах используют в качестве камеры наномасштаба — к примеру, в рентгеновской микроскопии биологических молекул и кристаллографии. Испуская ультракороткие импульсы, он составляет серию «снимков» быстрых процессов в масштабе фемтосекунд (10-15 секунд). Однако только этой информации недостаточно — для функционального анализа полученного «фильма» необходимо также знать точное время, в которое был отснят каждый «кадр». Несмотря на скорость лазерных импульсов, данные часто оказываются сильно зашумленными, что усложняет наблюдение динамики и эволюции исследуемой системы.

Разработанный учеными алгоритм анализирует корреляции между «снимками» системы, извлекая из каждого «снимка» больше информации и уточняя время съемки. Исследователи экспериментально проверили подход, анализируя зашумленные данные кулоновского взрыва молекул азота — их переход в ионизированное состояние под действием пучка лазера. Хотя временное разрешение входных данных составляло около 300 фемтосекунд, применение алгоритма позволило изучить процессы образования и разрыва связей, происходившие в масштабе нескольких фемтосекунд.

По словам ученых, метод подходит для анализа зашумленных данных любого временного масштаба — как для анализа относительно медленных геологических и климатических изменений, так и для наблюдения быстрых химических и биологических процессов. К примеру, недавно ученые в реальном времени проследили за выходом молекул РНК из ядра клетки.
Теги:

Читать еще на Чердаке: