O futuro Grande Colisor de Hádrons (LHC) produzirá muito mais dados do que hoje. Um novo método que utiliza inteligência artificial poderá ajudar os físicos a triá-los.
O LHC faz os prótons colidirem para estudar os menores componentes da matéria. Sua futura versão deve funcionar, no mínimo, em 2030. Ela produzirá cerca de 40 milhões de colisões por segundo, com quatro a cinco vezes mais colisões simultâneas do que o máximo atual.
A experiência CMS do LHC
Imagem: CERN
O detector CMS terá de identificar as partículas produzidas no meio dessa atividade. Para isso, receberá o HGCAL, um dispositivo equipado com cerca de seis milhões de sensores. Quando uma partícula o atravessa, ela cria uma cascata de novas partículas. Esse conjunto é chamado de chuveiro.
Cada sensor registra uma pequena parte desses chuveiros e de sua energia. O problema aparece quando várias cascatas se misturam. O software deve então associar cada sinal à partícula de origem correta. Essa tarefa torna-se particularmente difícil quando as colisões ocorrem quase no mesmo local.
Os métodos atuais tentam reconstruir diretamente cada chuveiro a partir de suas características. O novo método com IA procede de outra forma. Ele primeiro aprende quais sinais se parecem e podem compartilhar a mesma origem. Ele separa, em paralelo, aqueles que parecem vir de partículas diferentes.
Uma segunda etapa reúne então os sinais associados. Essa técnica se chama aprendizado contrastivo, pois aprende comparando semelhanças e diferenças. Os pesquisadores compararam esse método com o sistema atual em dados totalmente simulados.
Nesses testes, a nova abordagem separou melhor os chuveiros que se sobrepunham. Ela também estimou sua energia com mais precisão. Sua vantagem aumentava nos eventos mais carregados. Ela permanecia eficaz mesmo com quantidades de partículas e energias ausentes de seu treinamento.
O algoritmo deve agora ser bem-sucedido em uma simulação completa do CMS e do HGCAL. Testes adicionais determinarão então se esse método pode realmente analisar as futuras colisões do LHC.