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.

• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов
• Новая и улучшенная камера, вдохновленная человеческим глазом
• Машинное обучение может помочь ответить на давние астрофизические вопросы
• Ученые связывают износ двигателей самолетов с попаданием пыли в крупных аэропортах
• Цемент, вдохновленный раковинами, стал в 19 раз гибче благодаря «спроектированным дефектам»
• Самый длинный в Северной Америке вантовый мост соединяет США и Канаду
• Твердотельная батарея от американского производителя достигла нового рубежа