Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое

Учёные исследуют тёмную материю с помощью Большого адронногоколлайдера (LHC), расположенного на глубине 350 футов под границей Франции и Швейцарии. Этот коллайдер разгоняет протоны до почти скорости света и сталкивает их, создавая условия, похожие на те, что существовали сразу после Большого взрыва. Физик из Дюка, АшутошКотвал, и его команда считают, что частицы, образующиеся при этих столкновениях, могут содержать подсказки о загадочной тёмной материи.

В статье, опубликованной 3 мая в журнале ScientificReports, Котвал описывает, как искусственный интеллект может помочь в обнаружении таких частиц. Тёмная материя — это невидимая субстанция, в пять раз более распространённая, чем видимая материя. Хотя её существование подтверждается гравитационным воздействием на звезды и галактики, её природа остаётся неясной. На LHC учёные используют детекторы, которые функционируют как огромные 3D-камеры, фиксируя частицы, возникающие при столкновениях протонов. Однако детекторы реагируют только на обычные частицы.

Если тёмная материя создаётся в процессе столкновений, она может проявляться как тяжёлые заряженные частицы, которые, пройдя определённое расстояние (около 10 дюймов), распадаются на тёмные частицы, оставляя за собой невидимые следы. Чтобы обнаружить эти следы, требуется быстрая обработка данных. Котвал разрабатывает алгоритм "tracktrigger", способный в реальном времени находить и отмечать такие следы среди множества данных. Метод включает в себя использование множества AI-движков, встроенных в кремниевые чипы, которые обрабатывают изображения за менее чем 250 наносекунд.

Первоначально этот подход был описан в статьях, опубликованных в 2020 и 2021 годах. В недавней статье в ScientificReports демонстрируется работа алгоритма на кремниевом чипе. Создание прототипа устройства планируется к следующему лету, а полная версия, включающая около 2000 чипов, будет установлена на детекторы LHC через три-четыре года. Это устройство может помочь учёным не упустить возможные следы тёмной материи среди частиц.

• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции