Verso un modello fondazionale multimodale per la ricostruzione dello stato del plasma

Abstract degli autori

Gli esperimenti sul plasma osservano stati fisici accoppiati attraverso diagnostiche sparse, eterogenee e incomplete. Presentiamo una prova di concetto verso un modello fondazionale multimodale per la ricostruzione dello stato del plasma durante la riconnessione magnetica, ispirata alla Facility for Laboratory Reconnection Experiments (FLARE). Utilizzando 250 simulazioni sintetiche VPIC con beta elettronico di riferimento fissato a $β_{e0}=0.2$, di cui 225 per l’addestramento e 25 disgiunte per la validazione, addestriamo una U-Net 3D residua da 5,5 milioni di parametri per ricostruire le tre componenti del campo magnetico e la densità elettronica a partire da osservazioni incomplete. Il modello combina un pooling esclusivamente spaziale, che preserva tutti i 24 frame temporali, con self-attention globale spazio-temporale e codifica posizionale rotatoria. Mascherare in modo indipendente le modalità magnetica e di densità secondo schemi casuali, a griglia, a blocchi e temporali consente di effettuare il rilevamento sparso, il completamento cross-modale, la super-risoluzione della densità e il completamento temporale con un unico insieme di pesi e senza riaddestramento specifico per ciascun compito. Con la densità completamente nascosta, una visibilità spaziale di appena lo 0,1% dei dati magnetici riduce l’NRMSE mediano della densità da circa 0,9 a 0,1. Viceversa, le osservazioni della densità migliorano la ricostruzione della densità di corrente quando i dati magnetici sono assenti o estremamente sparsi. In assenza di osservazioni magnetiche, una visibilità della densità di circa l’1% si avvicina all’accuratezza di ricostruzione della densità ottenuta con campi magnetici osservati integralmente, sebbene la struttura della corrente dipenda ancora maggiormente da misurazioni magnetiche dirette. Il condizionamento basato su dati magnetici completi stabilizza anche il completamento dei frame futuri mancanti della densità. Questi risultati dimostrano un accoppiamento predittivo cross-modale bidirezionale in questo regime di simulazione. La generalizzazione ad altri regimi del plasma o a misurazioni sperimentali resta non verificata.