В туннеле, который проходит под землей на глубине около 100 метров под границей Франции и Швейцарии, находится Большой адронный коллайдер (БАК). Здесь ученые разгоняют пучки протонов до невероятных скоростей, почти равных скорости света, и сталкивают их друг с другом. Эти столкновения создают миниатюрные "вспышки", которые напоминают условия, существовавшие сразу после Большого взрыва.
Физик Ашутош Котвал из Университета Дьюка надеется, что среди обломков от этих столкновений можно будет найти следы "недостающей материи" Вселенной. Он использует для этого искусственный интеллект и недавно описал свою технологию в журнале Scientific Reports.
Мы все знаем о существовании обычной материи — это то, из чего состоят люди, планеты и звезды. Но это лишь малая часть того, что существует в космосе. Котвал и другие исследователи ищут темную материю — загадочную субстанцию, которая примерно в пять раз обильнее видимой материи, но пока не поддается прямому наблюдению.
Учёные знают о ней лишь благодаря гравитационным эффектам на звезды и галактики. Но БАК может изменить наше понимание. Детекторы коллайдера действуют как огромные 3D-камеры, фиксируя каждый момент столкновений частиц, в том числе и тех, которые могли бы намекнуть на существование темной материи.
Обычные частицы оставляют следы в детекторах. Если ученым удастся создать темную материю в коллайдере, то они ожидают увидеть её как "исчезающий след". Это будет происходить так: тяжёлые заряженные частицы пройдут короткий путь от места столкновения, около 10 дюймов, а затем внезапно распадутся на частицы темной материи, не оставляя дальнейших следов. Этот "след", пропадающий на полпути через детектор, и будет тем признаком, который они ищут.
Проблема в том, что нужно действовать очень быстро, ведь детекторы БАКа делают около 40 миллионов снимков в секунду. Из всех этих изображений лишь одно из миллиона может содержать то, что важно для Котвала. Команда имеет всего несколько миллионных долей секунды, чтобы решить, стоит ли сохранять данные для дальнейшего анализа.
Он разрабатывает решение — "триггер трека", который представляет собой быстрый алгоритм, способный выявить и выделить эти исчезающие следы среди множества других данных. Алгоритм работает с помощью ИИ, встроенного в кремниевые чипы, и может обработать изображение менее чем за 250 наносекунд.
Котвал впервые представил этот подход в статьях 2020 и 2021 годов, а в мае этого года его команда подтвердила возможность использования алгоритма на кремниевых чипах.
План состоит в том, чтобы собрать рабочий прототип устройства уже к следующему лету. Однако, для того чтобы установить полную версию на детекторы БАКа, понадобится ещё три-четыре года. Когда производительность коллайдера вырастет, и данных станет ещё больше, технологии Котвала помогут учёным не упустить темную материю, если она там появится.
