Todos vêem que durante vários anos ointeligência artificial está se desenvolvendo de maneira vertiginosa, o que levou à popularização de termos como redes de neurônios ou mesmo aprendizado de máquina (em inglês: aprendizado de máquinaM.L.). O que o público em geral provavelmente sabe menos é que físicos partículas têm usado redes neurais e, portanto, IA há décadas para caçar eventos previstos pelo modelo padrão da física de partículas, ou, pelo contrário, uma nova física, nas colisões de feixes de partículas observadas por grandes detectores.
Na verdade, já na década de 1960, os fluxos de partículas criados nestas colisões tornaram-se tão importantes que era cada vez mais necessário utilizar computadores para estudá-los, os computadores precisavam encontrar uma maneira de associá-los a detectores apropriados, o que o ganhador do Prêmio Nobel de Física, Georges Charpak, finalmente conseguiu fazer. Usar a IA para analisar dados desses detectores foi, portanto, apenas o próximo passo lógico.
Colaboração CMSem homenagem ao grande detector que equipa o LHC no Cern (o Solenóide de Muon Compacto), que conta com mais de 4.000 físicos de partículas, engenheiros, cientistas da computação, técnicos e estudantes de cerca de 240 institutos e universidades em mais de 50 países, acaba de recordar que os seus membros estavam de facto a utilizar técnicas de aprendizagem automática.
Os membros da colaboração ilustram isso através de uma publicação feita em arXiv, já há alguns anos, e fazendo um balanço da caça a vários objetos exóticoincluindo os mais fascinantes miniburacos negros. Futuro há mais de 15 anos dedicou um artigo em duas partes com uma entrevista comAurélien Barrau à possibilidade de criar no LHC buracos negros partículas quânticas evaporando quase instantaneamente pela radiação Hawking.
Por que estudar miniburacos negros?
Alguns lembretes são necessários.
A teoria de relatividade geral nos diz que o comportamento doespaço-tempo dentro de um estrela que colapsa num buraco negro – uma região do espaço da qual nada pode escapar, nem mesmo o luz tanto o gravidade é intenso – é muito semelhante na reversão do sentido do tempo ao comportamento do espaço-tempo durante Big Bang. Podemos pensar que o comportamento do matéria nestes espaços-tempos é muito semelhante lá também. O coração de um buraco negro e o momento zero (se é que algum dia existiu) do Big Bang devem envolver uma teoria quântica da gravidade para serem compreendidos.
Em suma, estudar a física dos buracos negros hoje significa estudar profundamente e indiretamente a física do Big Bang, seja no que diz respeito ao espaço-tempo, à matéria, à unificação de forças ou aos regimes quânticos.
Esta é também uma das motivações que pesquisadores como John Wheeler e Stephen Hawking com seu trabalho sobre buracos negros.
O ideal seria, claro, poder produzi-los num laboratório na Terra, mas, até ao início da década de 1990, pensávamos que isso era impossível. Os cálculos indicaram que as colisões de partículas teriam que ser feitas com um acelerador do tamanho do Via Lácteaou seja, cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro.
Depois, como explicamos na entrevista com Aurélien Barrau, percebemos que as teorias propostas para unificar a física com dimensões espaciais maiores não só permitiram resolver facilmente certos problemas do modelo padrão da física e suas possíveis extensões, mas também baixaram drasticamente oenergia necessário para produzir miniburacos negros. Os cálculos sugeriram que no máximo alguns TeV de energia deveriam ser suficientes (lembre-se que com 1 TeV podemos produzir cerca de 1.000 prótons em massa de acordo com E=mc2).
Neste vídeo de quatro partes, apresentamos o detector CMS no Cern Large Hadron Collider, descrevendo sua construção e história, bem como seus objetivos físicos. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Experiência CMS
Volumes cada vez maiores de dados para analisar
Os resultados foram decepcionantes e sabemos no momento com o CMS que abaixo de 11,2 TeV isso não é possível. Contudo, o LHC colide a 13 TeV e devemos aumentar a sua energia até ao final do século XXI.e século, se o projeto FCC (Colisor Circular Futuro) se torna realidade.
Finalmente, não basta aumentar a energia para criar novas partículas ou um buraco negro quântico. Na verdade, também introduz a taxa de reação, que pode ser muito baixa em alguns casos – o que significa que é necessário um grande número de colisões com um feixe de partículas suficientemente luminoso, como dizem, para ter a chance de descobrir um evento exótico.
Portanto, você não só precisa produzir muitos eventos, mas também procurar o equivalente a uma agulha em um palheiro de dados – e é aqui que a IA se torna muito útil.
O comunicado de imprensa de colaboração CMS, cujo link está em sua postagem em Twitterno entanto, explica-nos que entre 2016 e 2018 o LHC produziu mais de 10¹⁶ eventos de colisão.
Alguns candidatos ao título de buraco negro quântico evaporando pelo efeito Hawking foram de fato encontrados, mas ainda são poucos para concluir. A assinatura observada pode ser uma simples flutuação estatística, da mesma forma que a movimentos do nuvens às vezes pode parecer reproduzir a forma de um animal, quando é apenas um simples efeito do acaso.
Limites superiores da taxa de produção de um modelo típico de buraco negro e correspondentes massas excluídas de buraco negro, em comparação com o resultado anterior. © Cern
A pesquisa continua e podemos ter algo novo com o comissionamento do LHC de alta luminosidade.