Am CERN wählt künstliche Intelligenz die zu untersuchenden Kollisionen aus

Der Large Hadron Collider des CERN erzeugt pro Sekunde rund 40 Millionen Kollisionen zwischen Teilchen. Das Datenvolumen übersteigt die Speicherkapazität und Analyseleistung jedes bestehenden Computers. Deshalb setzt das Labor Algorithmen ein, die in Echtzeit Ereignisse auswählen, die relevante Informationen enthalten könnten.

Diese Technologie kommt während des Experiments zum Einsatz, während die Daten erzeugt werden. Die Detektoren rund um die Kollisionsbereiche registrieren die Spuren der Teilchen. Ein automatisches System entscheidet innerhalb weniger Nanosekunden, welche Signale für spätere Analysen gespeichert werden.

Maschinelles Lernen wird am CERN seit Jahrzehnten eingesetzt. Der erste Einsatz erfolgte 1987. Dabei ging es um die Erkennung von Störungen in einer Maschine des Labors. Später wurden ähnliche Algorithmen auf die Daten des LHC angewendet.

Von der Entdeckung des Higgs-Bosons zum zukünftigen Beschleuniger

Bei der Suche nach dem Higgs-Boson filterten die Algorithmen die Daten nach Spuren, die mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmten. Das Boson entsteht nur selten und verschwindet fast sofort wieder. Die automatische Auswahl ermöglichte es, die vielversprechendsten Ereignisse zu finden. Sie trug damit zur 2012 bekannt gegebenen Entdeckung bei.

Heute testet das CERN Systeme, die auf neuronalen Netzwerken beruhen. Diese Werkzeuge können auf der begrenzten Hardware der Detektoren arbeiten und mehrere Algorithmen gleichzeitig analysieren. Eine Anwendung ist die Suche nach Anomalien. Gemeint sind Kollisionen, die nicht den von den aktuellen Theorien vorhergesagten Modellen entsprechen. So könnte künstliche Intelligenz auf Phänomene hinweisen, nach denen die Forschenden nicht gesucht hatten.

Der Einsatz von KI wird mit dem Ausbau des LHC noch wichtiger werden. Der zukünftige High-Luminosity LHC dürfte fünf- bis sechsmal mehr Daten erzeugen als heute. Künstliche Intelligenz kann dabei helfen, diese Ergebnisse zu untersuchen und sehr seltene Ereignisse zu finden. Dazu gehört etwa die gleichzeitige Entstehung von zwei Higgs-Bosonen.

Das CERN bereitet ausserdem den Future Circular Collider vor. Er soll den LHC ab den 2040er-Jahren ersetzen. KI könnte bei der Entwicklung der Detektoren und bei der Entwicklung kostengünstigerer Materialien für supraleitende Magnete eingesetzt werden. Sie könnte auch dazu beitragen, die Maschinen an die wissenschaftlichen Ziele anzupassen.

Die Technologie kann den Beschleuniger jedoch nicht ersetzen. Um die für künftige Experimente erforderlichen Daten zu gewinnen, muss die neue Anlage gebaut werden.