捕捉耳机 物体的相机陷阱
这听起来似乎有些荒诞，但对于在世界上最大的粒子对撞机上工作的科学家来说，这却是现实：
在距离法国和瑞士边境约 350 英尺的地下隧道中，一台名为大型强子对撞机的巨型装置以接近光速的速度发射质子束相互碰撞，产生的微小喷发模拟了大后立即存在的状况。
杜克大学物理学家阿舒托什·科特瓦尔 (Ashutosh Kotwal ) 等科学家认为，这些碰撞产生的亚原子碎片可能包含宇宙“缺失物质”的线索。借助人工智能的帮助，科特瓦尔希望利用 5 月 3 日在《科学报告》杂志上描述的一种设计，用相机捕捉这些稍纵即逝的线索。
普通物质——人类和行星的组成成分——只是宇宙中存在的一部分。科特瓦尔和其他人正在寻找暗物质，这是一种看不见的物质，其数量是可见物质的五倍，但其性质仍是一个谜。
科学家通过它对恒星和星系的引力影响知道它的存在，但除此之外我们对它知之甚少。
大型强子对撞机可能会改变这一现状。在那里，研究人员使用探测器寻找暗物质和其他神秘物质，这些探测器的作用类似于巨型 3D 数码相机，可以连续拍摄每次质子-质子碰撞产生的粒子喷射快照。
只有普通粒子才能触发探测器的传感器。如果研究人员能够在大型强子对撞机上制造暗物质，科学家们认为，一种可能被注意到的方式就是消失：重带电粒子从碰撞点行进一定距离(约 10 英寸)，然后无形地衰变为暗物质粒子，不留任何痕迹。
如果你追溯这些粒子的路径，它们会留下一条明显的“消失的轨迹”，该轨迹会在探测器的内层中途消失。
但要发现这些难以捉摸的踪迹，他们需要迅速采取行动，科特瓦尔说。
这是因为 LHC 的探测器每秒会拍摄大约 4000 万张飞行粒子的快照。
原始数据太多，无法全部保存，而且大多数数据都没什么意思。Kotwal 就像大海捞针。
科特瓦尔说：“这些图像中的大部分都没有我们正在寻找的特殊特征。也许百万分之一的图像才是我们想要保存的。”
研究人员只有几百万分之一秒的时间来确定特定碰撞是否有趣并将其存储以供后续分析。
Kotwal 说：“要实时并连续数月做到这一点，需要一种图像识别技术，其运行速度至少比粒子物理学家以往所能做的任何技术快 100 倍。”
科特瓦尔认为他可能找到了解决办法。他一直在开发一种叫做“轨迹触发器”的东西，这是一种快速算法，能够在下一次碰撞发生之前，从同时测量的数万个其他数据点中，发现并标记这些短暂的轨迹。
他的设计原理是将分析每幅图像的任务分配给大量同时运行的人工智能引擎，这些引擎直接安装在硅片上。该方法可以在不到 250 纳秒的时间内处理一幅图像，并自动剔除不感兴趣的图像。
Kotwal 首先在 2020 年和 2021 年发表的两篇论文中描述了这种方法。在今年 5 月发表在《科学报告》上的最新论文中，他和一组本科生合著者展示了他的算法可以在硅芯片上运行。
Kotwal 和他的学生计划在明年夏天之前建造出该设备的原型，但整个设备(由大约 2000 个芯片组成)还需要三到四年的时间才能安装在 LHC 的探测器上。
随着加速器性能的不断提升，它会产生更多粒子。而 Kotwal 的设备可以帮助确保，如果暗物质隐藏在其中，科学家不会错过它。
科特瓦尔说：“我们的工作是确保如果暗物质正在产生，我们的技术能够达到要求，及时发现它。”
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