A mesterséges intelligencia (AI) alapú képfelismerés forradalmasíthatja a sötét anyag kutatását a svájci CERN Nagy Hadronütköztetőjében (LHC), a világ legnagyobb és legerősebb részecskegyorsítójában. A Duke Egyetem fizikusai úgy vélik, hogy az ütközésekből származó szubatomi törmelék AI segítségével történő elemzése felfedheti a sötét anyag titkait.

A sötét anyagot, mivel semmilyen elektromágneses sugarat nem bocsát ki, még csillagászati műszerekkel sem tudják közvetlenül kimutatni, létezésére csak a látható anyagra és a kozmikus háttérsugárzásra kifejtett gravitációs hatása alapján lehet következtetni. A mai kozmológiai elméletek szerint a világegyetemet csak 5 százalékban alkotja az általunk megfigyelhető anyag, míg 26,8 százalékát sötét anyag, 68,2 százalékát pedig a sötét energia teszi ki – így az univerzum anyagának 85 százaléka sötét anyag.

Az LHC kutatói a sötét anyagot olyan detektorok segítségével igyekeznek kimutatni, amelyek óriási 3D-s kameraként működve folyamatosan képeket rögzítenek a protonok ütközéséből származó részecskékről. Bár ezek az eszközök csak az észlelhető részecskéket tudják feldolgozni, a kutatók szerint egy módszerrel a sötét anyagot is meg lehetne figyelni. Az ütközéskor ugyanis nehéz töltött részecskék keletkeznek, amelyek megtesznek kb. 25 centimétert, majd láthatatlanul, nyom nélkül bomlanak sötétanyag-részecskékké.

Csakhogy az LHC detektorai másodpercenként mintegy 40 millió pillanatképet rögzítenek a mindenfelé szálló részecskékről, a kutatóknak így a tű és a szénakazal történetével kell szembesülniük. Mivel a legnagyobb kihívást a releváns adatok gyors azonosítása és tárolása jelenti, Ashutosh Kotwal, a Duke fizikusa kifejlesztett egy AI-vezérelt algoritmust, amely kevesebb mint 250 nanoszekundum alatt képes kielemezni a képeket.

Kotwal most azon munkálkodik a csapatával együtt, hogy jövő nyárig megépülhessen a tervek szerint 2000 chipből álló, detektorokra szerelhető AI-rendszer prototípusa, a teljes megvalósítást pedig 3-4 éven belül látják reálisnak.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

Hogyan bizonyította be a sötét anyag létezését egy amerikai csillagásznő?

Astronomy on Air podcast 2021. december 11.

Lehet-e bizonyítani valamiről, hogy ott van, ha amúgy láthatatlan? Vajon módosítani kell-e a gravitáció törvényét a galaktikus skálán? Kun Emma és Molnár László csillagászokkal és állandó szerzőnkkel, Tóth Andrással folytatódik a Qubit csillagászati és űrkutatási podcastsorozata.

Magyar kutató részvételével deríti fel a titokzatos sötét energiát a DESI

Tóth András tudomány 2023. június 20.

Az arizonai Mayall teleszkópra szerelt színképelemző műszer 5 év alatt 30 millió galaxis és kvazár pontos távolságát méri majd meg. Kovács András asztrofizikus szerint a DESI képes lehet kimutatni, ha a sötét energia az univerzum öregedésével változna.

Kulcsszerepet játszanak a magyar szakemberek a világ legnagyobb részecskegyorsítójának fejlesztésében

Tóth András tudomány 2023. március 2.

A CERN virtuális túráján kiderült, milyen fontos munkát végeznek a magyar kutatók és mérnökök. Az LHC a következő években hozzájárulhat a Higgs-bozon megértéséhez, és közelebb hozhatja a standard modellen túlmutató fizikát.