Kvark–gluonové plazma vytvořené srážkou dvou těžkých jader. Kredit: TU Wien.

Kvark-gluonové plazma představuje šílenou změť elementárních částic a kvantových jevů, které víří psychedelickém chaosu ohromujících energií. Fyzici přitom předpokládají, že zhruba 20–30 mikrosekund po Velkém třesku vyplňovalo celý vesmír právě kvark-gluonové plazma. Dnes si ho můžeme vyrobit, ale dá to práci a potřebujete ty nejvýkonnější srážeče částic.

Tým badatelů. Andreas Ipp vpravo nahoře. Kredit: TU Wien.

Výzkum kvark-gluonového plazmatu je velmi náročný. Vyžaduje velmi komplexní počítačové simulace, které běží na velmi výkonných počítačích a jejichž vyhodnocování bývá nesnadné. Taková situace si vyloženě říká o zapojení umělé inteligence. Matematiku složité změti částic ale nezvládnou jen tak nějaké algoritmy strojového učení. Tým rakouské techniky Technischen Universität Wien vyvinul speciální neurální sítě, které takovou výzvu zvládají.

Jak připomíná vedoucí výzkumu Andreas Ipp, realistické simulace kvark-gluonového plazmatu spolknou opravdu hodně strojového času. Takové výpočty přesahují možnosti i těch nejvýkonnějších superpočítačů planety. Proto jejich tým nešel cestou detailních výpočtů detailů, ale hledáním a predikce charakteristik kvark-gluonového plazmatu, právě s využitím umělé inteligence.

Logo. Kredit: TU Wien.

Neurální sítě jsou na takové úkoly skvělé. Je to vlastně jako analýza obrazu v moři dat o kvark-gluonovém plazmatu. Tyto sítě tvoří umělé „neurony“, které jsou propojené podobně jako neurony v mozku. V tomto případě stáli fyzici před problémem s kalibrační invariancí (gauge theory), tedy určitým typem symetrie, který hraje podstatnou roli při matematickém popisu kvantových polí, vyjadřujících vztahy mezi částicemi a silami v divoké polévce kvark-gluonového plazmatu. Řešením bylo vytvořit neurální sítě, které automaticky zahrnují kalibrační invarianci. Testy těchto speciálních neurálních sítí ukázaly, že se velmi dobře učí pracovat s daty o kvark-gluonovém plazmatu.

Jak říká Ipp, s jejich neurálními sítěmi bude možné studovat kvark-gluonové plazma a předpovídat jeho chování v čase. Ještě prý zabere nějaký čas, než bude s těmito umělými inteligencemi možné v plné míře simulovat srážky atomových jader v CERNu. Už teď je ale jasné, že umělé inteligence představují nový a slibný nástroj pro popis a výzkum fenoménů, na které sama o sobě nestačí naše brutální výpočetní síla.

Literatura

TU Wien 25. 1. 2022.

Physical Review Letters 128: 032003.