Cazando sombras: la IA y la búsqueda de la elusiva materia oscura

MadridCientíficos trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado en la frontera entre Francia y Suiza, para desentrañar los misterios del universo. A una profundidad de 100 metros, provocan colisiones de protones para recrear condiciones similares a las del Big Bang. Uno de sus objetivos es comprender la materia oscura, un tipo de materia no visible que constituye la mayor parte de la masa del universo.

Científicos como Ashutosh Kotwal de la Universidad de Duke creen que las colisiones en el LHC podrían crear partículas de materia oscura. Sin embargo, encontrar estas partículas es muy difícil. Aquí está la razón de por qué esta tarea es desafiante pero también interesante:

• La materia oscura es invisible y no emite luz ni radiación.
• Los detectores convencionales solo pueden detectar partículas regulares.
• Las partículas de materia oscura pueden manifestarse como partículas "desaparecidas", dejando una trayectoria que termina de repente.
• El LHC genera 40 millones de instantáneas de partículas por segundo.
• Solo una pequeña fracción de estas instantáneas puede ser relevante.

Investigadores deben examinar rápidamente grandes volúmenes de datos para localizar eventos raros. El método de Kotwal emplea un "disparador de pistas", un algoritmo veloz que ayuda a identificar trayectorias que podrían estar asociadas con la materia oscura. Este algoritmo funciona en un chip de silicio y procesa la información en menos de 250 nanosegundos, lo cual es crucial para las operaciones de alta velocidad en el LHC.

Kotwal ha estado mejorando este sistema durante años con la ayuda de estudiantes de pregrado. Han demostrado que el algoritmo funciona en un chip de silicio y planean construir un prototipo completo para el próximo verano. El dispositivo final usará alrededor de 2000 chips para gestionar los datos del LHC a medida que aumenten las colisiones de partículas.

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La investigación de Kotwal podría tener un gran impacto. Si el LHC logra encontrar partículas de materia oscura, nuestra comprensión del universo podría cambiar. La materia oscura influye en el movimiento de galaxias y estrellas, pero aún sabemos muy poco sobre ella. Aprender más al respecto podría ayudarnos a comprender los componentes básicos del universo y podría llevar a nuevos descubrimientos en la física, incluyendo nuevas fuerzas y partículas que aún desconocemos.

El uso de la inteligencia artificial en la física de partículas representa un avance significativo. Las técnicas tradicionales no pueden manejar rápidamente la enorme cantidad de datos del LHC. Con la incorporación de la IA, investigadores como Kotwal están logrando nuevos avances en la física experimental.

Mejoras en el LHC generarán más datos. Con el dispositivo de Kotwal, los científicos tienen menos probabilidades de perder información crucial. Si la materia oscura existe, ahora están mejor preparados para descubrirla. Esto podría inaugurar una nueva era en nuestros esfuerzos por comprender el universo. La colaboración entre IA y física de partículas muestra un futuro prometedor para la investigación científica.