Caçando sombras: inteligência artificial na busca pela evasiva matéria escura

São PauloCientistas no Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado na fronteira entre a França e a Suíça, trabalham para desvendar os mistérios do universo. A 100 metros de profundidade, eles provocam colisões de prótons para replicar as condições logo após o Big Bang. Um de seus objetivos é entender a matéria escura, um tipo de matéria invisível que compõe a maior parte da massa do universo.

Cientistas como Ashutosh Kotwal, da Universidade de Duke, acreditam que as colisões no LHC podem criar partículas de matéria escura. Mas detectar essas partículas é extremamente difícil. Aqui está o motivo pelo qual essa tarefa é desafiadora, mas também fascinante:

• Matéria escura é invisível e não emite luz ou radiação.
• Detectores comuns só conseguem identificar partículas regulares.
• Partículas de matéria escura podem se manifestar como "partículas desaparecidas", deixando um rastro que termina abruptamente.
• O LHC gera 40 milhões de instantâneos de partículas por segundo.
• Apenas uma pequena fração desses instantâneos pode ser relevante.

Pesquisadores precisam analisar rapidamente grandes volumes de dados para identificar eventos raros. O método de Kotwal emprega um "gatilho de rastreamento," um algoritmo veloz que ajuda a detectar trilhas possivelmente relacionadas à matéria escura. Este algoritmo funciona em um chip de silício e processa os dados em menos de 250 nanossegundos, o que é crucial para as operações de alta velocidade no LHC.

Kotwal tem aprimorado este sistema há anos com o apoio de estudantes de graduação. Eles demonstraram que o algoritmo funciona em um chip de silício e planejam construir um protótipo completo até o próximo verão. O dispositivo final utilizará cerca de 2000 chips para gerenciar os dados do LHC à medida que aumentam as colisões de partículas.

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A pesquisa de Kotwal pode ter um impacto significativo. Se o LHC conseguir encontrar partículas de matéria escura, nosso entendimento do universo poderá mudar. A matéria escura influencia o movimento das galáxias e estrelas, mas ainda sabemos pouco sobre ela. Aprender mais pode nos ajudar a compreender os componentes básicos do universo e abrir caminho para novas descobertas na física, incluindo novas forças e partículas que ainda desconhecemos.

O uso de IA na física de partículas é um grande avanço. Métodos antigos não conseguem processar rapidamente a enorme quantidade de dados do LHC. Com a adição da IA, pesquisadores como Kotwal estão alcançando novos progressos na física experimental.

Melhorias no LHC permitirão a geração de mais dados. Com o dispositivo de Kotwal, os cientistas têm menos chances de perder informações importantes. Se a matéria escura existir, os cientistas agora estão mais preparados para descobri-la. Isso pode iniciar uma nova era em nossos esforços para compreender o universo. O trabalho em conjunto entre IA e física de partículas mostra um futuro promissor para a pesquisa científica.