Suena fantástico, pero es una realidad para los científicos que trabajan en los colisionadores de partículas más grandes del mundo:
En un túnel subterráneo a unos 350 pies por debajo de la frontera entre Francia y Suiza, una máquina gigante llamada Gran Colisionador de Hadrones envía haces de protones que chocan entre sí a casi la velocidad de la luz, creando pequeñas explosiones que imitan las condiciones inmediatamente posteriores al Gran Colisionador. Estallido. Estallido.
Científicos como el físico Ashutosh Kotwal de Duke creen que los desechos subatómicos de la colisión pueden contener pistas sobre la “materia faltante” del universo. Y con un poco de ayuda de la inteligencia artificial, Kotwal espera captar estas pistas fugaces en cámara utilizando un diseño descrito en la revista el 3 de mayo. Informe científico.
Las cosas ordinarias (personas y cosas planetarias) son parte de lo que hay allí. Kotwal y otros están buscando materia oscura, una sustancia invisible cinco veces más abundante de lo que podemos ver pero cuya naturaleza sigue siendo un misterio.
Los científicos saben que existe por los efectos gravitacionales de las estrellas y galaxias, pero aparte de eso, no sabemos mucho al respecto.
El Gran Colisionador de Hadrones podría cambiar eso. Allí, los investigadores buscan materia oscura y otros misterios utilizando detectores que actúan como cámaras digitales 3D gigantes, tomando instantáneas continuas de las partículas producidas por cada colisión protón-protón.
Sólo las partículas ordinarias activan el sensor de un detector. Si los investigadores pueden crear materia oscura en el LHC, los científicos creen que lo que podría notarse es una especie de acto de desaparición: partículas fuertemente cargadas que viajan una cierta distancia (10 pulgadas o más) desde el punto de colisión y luego se desintegran de manera invisible en Partículas de materia oscura sin dejar rastro.
Si rastreamos las trayectorias de estas partículas, dejarán una “pista de fuga” reveladora que desaparece parcialmente a través de las capas internas del detector.
Pero tienen que trabajar rápido para encontrar estas huellas esquivas, dice Kotwal.
Esto se debe a que el detector del LHC toma alrededor de 40 millones de instantáneas de partículas voladoras cada segundo.
Son demasiados datos sin procesar para ceñirse a todos y la mayoría no es muy interesante. Kotwal busca una aguja en un pajar.
“La mayoría de estas imágenes no tienen la firma particular que estamos buscando”, dijo Kotwal. “Tal vez uno entre un millón queremos salvar.”
Los investigadores sólo disponen de unas pocas millonésimas de segundo para determinar si una colisión concreta es de interés y guardarla para un análisis posterior.
“Para hacer esto en tiempo real, y durante varios meses, se requiere una técnica de reconocimiento de imágenes que pueda funcionar al menos 100 veces más rápido de lo que los físicos de partículas han podido hacer”, dijo Kotwal.
Kotwal cree que puede haber una solución. Está desarrollando algo llamado “activador de seguimiento”, un algoritmo rápido capaz de identificar y señalar estas huellas fugaces antes de la próxima colisión y a partir de una nube de miles de otros puntos de datos medidos al mismo tiempo.
Su diseño está construido directamente sobre un chip de silicio, dividiendo la tarea de analizar cada imagen entre una gran cantidad de motores de IA que se ejecutan simultáneamente. El método procesa una imagen en menos de 250 nanosegundos, eliminando automáticamente las imágenes poco interesantes.
Kotwal describió por primera vez el método en una secuencia de dos artículos publicados en 2020 y 2021. En un artículo más reciente publicado en mayo Informe científicoÉl y un equipo de coautores estudiantes de posgrado demuestran que su algoritmo puede ejecutarse en un chip de silicio.
Kotwal y sus estudiantes planean construir un prototipo de su dispositivo el próximo verano, aunque pasarán otros tres o cuatro años antes de que el dispositivo completo, que constará de unos 2.000 chips, pueda instalarse en los detectores del LHC.
A medida que el rendimiento del acelerador siga aumentando, producirá más partículas. Y el dispositivo de Kotwal podría ayudar a garantizar que, si se esconde materia oscura entre ellos, los científicos no la pasen por alto.
“Nuestro trabajo es asegurarnos de que, si se produce materia oscura, nuestra tecnología esté a la altura para atraparla”, dijo Kotwal.