Investigadores da Universidade do Minho ‘aceleram’ a procura da nova física

No CERN & Laboratório Europeu de Física de Partículas (Suíça) há cerca de seiscentos milhões de colisões de protões por segundo e todos estes dados são analisados por dezenas de milhares de cientistas de todo o mundo.

Miguel Caçador e Gabriela Oliveira, alunos do mestrado em Engenharia Física da Universidade do Minho, propõem acelerar esse processo ao aplicar inteligência artificial num computador quântico, para detetar novos eventos na física (ajudando a decifrar o universo) e para compreender melhor a tecnologia quântica. O seu estudo saiu na conceituada revista ✅Frontiers in Artificial Intelligence.

Os alunos investigam no Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas da Escola de Ciências da UMinho (LIP-Minho), orientados pelo professor Nuno Castro. Primeiro, reúnem grandes quantidades de dados que simulam eventos de física (como choques de protões) de experiências do CERN. Depois, usam técnicas de pré-processamento de forma a poderem classificar os dados com técnicas de ✅quantum machine learning (QML). Focam-se em especial na física de altas energias e na sua aplicação para procurar novos fenómenos de física, isto é, processos não previstos pelo modelo padrão da física de partículas.

💥️Encontrar uma agulha num palheiro

“Pegamos em técnicas que são desenvolvidas na área da computação quântica e estudamos a sua aplicação à física das partículas”, avança Miguel Caçador. Do CERN, o maior acelerador de partículas do mundo, vêm muitos dados e descobrir os realmente interessantes é mais difícil do que encontrar uma agulha num palheiro, frisa. A ideia é criarem um modelo que distinga os eventos vindos de fenómenos físicos conhecidos dos que possam sinalizar algo de novo.

Para comparar de forma justa modelos de ✅machine learning clássico e QML, os cientistas fizeram um estudo sistemático dos métodos de análise tradicionais de complexidade similar aos algoritmos quânticos usados. O desempenho entre os modelos foi semelhante, o que “é promissor face ao atual estado atual dos computadores quânticos”, diz Gabriela Oliveira.

Para Nuno Castro, este projeto mostra que o envolvimento de estudantes de licenciatura e mestrado na investigação é estratégico para o ensino e aprendizagem das ciências experimentais, permitindo aos estudantes iniciarem-se na atividade científica e desenvolverem as competências que irão posteriormente usar nas suas carreiras profissionais. O estudo envolveu ainda Miguel Crispim Romão e Inês Ochoa, ambos do LIP.

Os investigadores portugueses, sobretudo do LIP e de academias como a Escola de Ciências da UMinho, colaboram no CERN há muitos anos, tendo tido um papel fulcral na construção do calorímetro hadrónico do detetor ATLAS, no sistema de ✅trigger do acelerador CMS, bem como nas medidas de precisão das propriedades do ✅quark top, na descoberta do bosão de Higgs, na primeira observação direta do acoplamento entre aquelas duas partículas e, ainda, na pesquisa de novas partículas elementares. O CERN possui um túnel circular de 27 quilómetros e a 100 metros de profundidade, na fronteira franco-suíça.

Foto: DR.

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