Spurensuche im Unsichtbaren: Künstliche Intelligenz und die Jagd nach dunkler Materie

BerlinWissenschaftler forschen am Large Hadron Collider (LHC) an der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz, um die Rätsel des Universums zu entschlüsseln. In 100 Metern Tiefe lassen sie Protonen kollidieren, um Bedingungen kurz nach dem Urknall zu simulieren. Eines ihrer Ziele ist es, die dunkle Materie zu verstehen, eine unsichtbare Materie, die den Großteil der Masse des Universums ausmacht.

Wissenschaftler wie Ashutosh Kotwal von der Duke University vermuten, dass die Kollisionen im LHC Dunkle-Materie-Teilchen erzeugen könnten. Doch diese Teilchen zu finden, ist äußerst schwierig. Hier eine Erklärung, warum diese Suche sowohl herausfordernd als auch spannend ist:

Rätselhafte Dunkle Materie und die Herausforderungen der Entdeckung

• Dunkle Materie ist unsichtbar und gibt weder Licht noch Strahlung ab.
• Normale Detektoren können nur gewöhnliche Teilchen erkennen.
• Teilchen der Dunklen Materie könnten als "verschwindende" Teilchen erscheinen, deren Spur abrupt endet.
• Der LHC erzeugt 40 Millionen Teilchenbilder pro Sekunde.
• Nur ein winziger Bruchteil dieser Bilder könnte relevant sein.

Forscher müssen große Datenmengen schnell durchforsten, um seltene Ereignisse zu identifizieren. Kotwals Methode verwendet einen "Track-Trigger", einen schnellen Algorithmus, der hilft, Spuren zu finden, die von dunkler Materie stammen könnten. Dieser Algorithmus läuft auf einem Siliziumchip und verarbeitet Daten in weniger als 250 Nanosekunden, was für die Hochgeschwindigkeitsoperationen am LHC unerlässlich ist.

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Kotwal verbessert dieses System seit Jahren mit Hilfe von Bachelorstudenten. Sie haben gezeigt, dass der Algorithmus auf einem Siliziumchip funktioniert und planen, bis nächsten Sommer einen vollständigen Prototyp zu bauen. Das endgültige Gerät wird etwa 2000 Chips verwenden, um die Daten des LHC zu verwalten, während es seine Teilchenkollisionen erhöht.

Kotwals Forschung könnte große Auswirkungen haben. Wenn der LHC Dunkle-Materie-Teilchen findet, könnte sich unser Verständnis des Universums grundlegend ändern. Dunkle Materie beeinflusst die Bewegung von Galaxien und Sternen, aber wir wissen noch wenig darüber. Mehr darüber zu erfahren, könnte uns helfen, die Grundbausteine des Universums besser zu verstehen und zu neuen Entdeckungen in der Physik führen, einschließlich unbekannter Kräfte und Teilchen.

Der Einsatz von KI in der Teilchenphysik stellt einen großen Fortschritt dar. Alte Methoden sind nicht in der Lage, die riesigen Datenmengen des LHC schnell genug zu verarbeiten. Durch die Integration von KI erzielen Forscher wie Kotwal neue Erfolge in der experimentellen Physik.

Verbesserungen am LHC führen zu einer gesteigerten Datenmenge. Dank Kotwals Gerät ist es für Wissenschaftler nun unwahrscheinlicher, wichtige Informationen zu übersehen. Falls dunkle Materie existiert, sind Forscher jetzt besser darauf vorbereitet, sie zu entdecken. Dies könnte einen neuen Abschnitt in unseren Bemühungen einläuten, das Universum zu verstehen. Die Zusammenarbeit zwischen KI und Teilchenphysik verspricht eine vielversprechende Zukunft für die wissenschaftliche Forschung.