تتصادم الجسيمات عالية الطاقة في مصادم الهادرونات الكبير Large Hadron Collide في سيرن لإنتاج جسيمات أثقل وأقل شيوعًا، مثل بوزون هيغز الذي اكتُشف هناك في عام 2012، لكن ما زال هناك الكثير لفهمه عن هذا الجسيم الفريد الذي يختلف عن غيره من الجسيمات الأساسية.
سيخضع أكبر مسرع جسيمات في العالم لتحديثات كبيرة لينجز تجارب أكثر تقدمًا. يُتوقع أن يؤدي مختبر SLAC الأميركي الوطني للمسرعات دورًا مهمًا في هذه التحديثات.
سيعمل التجريبيون والنظريون في SLAC على تطوير أجزاء الكاشف الضرورية، وأدوات تحليل البيانات لتحديث مصادم الهادرونات الكبير عال الإضاءة في سيرن. ستساعد التحديثات على دراسة بوزون هيغز بعمق واستكشاف أبعاد جديدة في الفيزياء تتجاوز النموذج القياسي.
يعمل المصادم باستخدام مسارات طويلة مزودة بمغناطيس فائق التوصيل، تطوي وتوجه وتسرع شعاع من الجسيمات عالية الطاقة لتقترب من سرعة الضوء.
سيحدث المصادم LHC الموجود في سيرن إلى نسخة HL-LHC لقياس التفاعلات الذاتية لبوزون هيغز أول مرة إضافةً إلى فحص خصائصه بدقة أكبر.
تمثل بريق المصادم كمية التصادمات في مدة زمنية محددة، وهذه الكمية ستزداد، ما يزيد فرصة ظهور جسيمات نادرة واكتشافها بأجهزة الكشف في المصادم.
يجب على SLAC إكمال التجميع الداخلي للجزء المهم من الكاشف قبل بدء جمع بيانات HL-LHC في عام 2029.
يشكل التتابع السريع لنجاح مليارات التصادمات في HL-LHC تحديًا لكاشف ATLAS لتمييز الجسيمات الناتجة عن هذه التصادمات بفعالية، ويعاني الكاشف مشكلات تحديد أحداث مهمة وتمييزها تبعًا لكثافة التصادمات.
يقع على عاتق SLAC مسئولية تحديث الطبقتين الأعمق من كاشف ATLAS، تقع هذه الطبقتين بالقرب من موقع التصادمات، سيشارك 13 مختبر ومعهد في عملية التحديث أيضًا.
سيستبدل الجزء الأساسي من ATLAS بمسار الجسيمات الداخلي-ITk، وستتبع مستشعراته السيليكونية الصغيرة مسارات الجسيمات بعد التصادم.
سيساهم فريق SLAC أيضًا في تحليل بيانات ATLAS بعد أن يصبح HL-LHC قيد التشغيل. يعمل الباحثون حاليًا على تطوير استخدام الذكاء الاصطناعي وتحسينه لتحليل البيانات من HL-LHC بكفاءة أكبر. أوضح فيليب غرينييه، المسئول عن تحديث ITk والعالِم القائد في SLAC، في تصريح له: «يُعد ITk عنصرًا حاسمًا لعملية التطوير هذه ويتماشى تمامًا مع الأولويات المحددة من P5. على عكس الأنظمة الأخرى التي ستُجمع في سيرن ، فإن SLAC ستقدم كامل نظام الكشف بالبكسلات الداخلي مُجمّعًا بالكامل».
يُعد مُكتشف التوقيت عالي الدقة HGTD جهازًا فرعيًا جديدًا، وعنصرًا مُقترحًا من فريق ATLAS في SLAC لتزويد ITk بمعلومات زمنية دقيقة تسهم في تجنب حالات التداخل المُكثف.
تحسين تحليل البيانات وأنظمة الإطلاق.
سيساهم فريق SLAC في تحليل بيانات ATLAS بعد بدء تشغيل HL-LHC الموجود في سيرن. يُعهد حاليًا إلى الباحثين بمهمة توسيع استخدام الذكاء الاصطناعي وتطويره لمعالجة بيانات HL-LHC بكفاءة أكبر. تُستخدم خوارزميات التعلم الآلي لاستخراج الأنماط من بيانات الكاشف.
يجب على الباحثين ابتكار خوارزميات تعلم آلي متطورة قادرة على تقليل التفاعلات المتراكمة، حتى بعد ترقية ATLAS، لإعادة تشكيل الأحداث بدقة.
قال شوارتزمان: «تُعد أعمال تحسين خوارزميات إعادة البناء HL-LHC أساسًا لاستغلال كامل إمكانيات HL-LHC الفيزيائية، وتُكمل العمل المُتعلق بالكاشف بتناغم».
إضافةً لذلك، تعمل مجموعة ATLAS على تضمين الذكاء الاصطناعي في أطوار أخرى من جمع البيانات مثل نظام الإطلاق. سيُولد HL-LHC ما بين خمسة إلى سبع مليارات تصادم في الثانية الواحدة.
يُشير الباحثون إلى أن نظام الإطلاق في ATLAS يُعيد بناء الجسيمات المُنتجة خلال هذه الأحداث بسرعة، لكن بطريقة تقريبية، لتحديد الأحداث التي يجب الاحتفاظ بها والأحداث التي يجب التخلص منها.
تتعاون مجموعة ATLAS مع مديرية الابتكار التكنولوجي في SLAC لمعرفة كيفية دمج الذكاء الاصطناعي فائق السرعة في أجهزة الإطلاق.
قال مايكل كاغان، العالِم الرئيسي في SLAC المُختص بخوارزميات التعرف على الأنماط: «نحن متحمسون لفكرة تطبيق الذكاء الاصطناعي مباشرةً على هذه الأجهزة الإلكترونية لتعمل في زمن يُقاس بالميكروثانية أو حتى النانو ثانية، ما يُساعد خوارزميات التعرف على الأنماط».
يبتكر الفريق أيضًا أدوات تعلم آلي سريعة لنظام الإطلاق في ATLAS، مُبتعدين عن الأساليب التقليدية لاختيار الأحداث. تميز الخوارزمية الجديدة العيب داخل البيانات، ما قد يُسلط الضوء على جوانب فيزيائية تتجاوز النموذج القياسي، حتى تلك الأحداث التي استُبعدت من قبل نظام الإطلاق.
يقول الباحثون إن هذه الطريقة تحمل في طياتها وعودًا تتجاوز مصادم الهدرونات الكبير عالي الإضاءة المتواجد في سيرن، فيُحتمل أن تساعد في تطبيقات مثل السيارات ذاتية القيادة، وأن تدير تدفق البيانات في مرافق مثل LCLS-II التابع لمختبر SLAC. تشير قابلية تكيف تقنيات التعلم الآلي السريع إلى تداعيات علمية وتكنولوجية أوسع نطاقًا تتعدى أبحاث فيزياء الطاقة العالية.
اقرأ أيضًا:
«سيرن» تكتشف دليلًا آخر حول لغز زوال المادة المضادة من الكون
سيرن تكتشف حدثين نادرين للغاية في تحلل الجسيمات
ترجمة: مريم ميهوب
تدقيق: زين حيدر
مراجعة: هادية أحمد زكي
