Máy gia tốc hạt AI đầu tiên trên thế giới đang được xây dựng

MỹMáy gia tốc hạt Electron-Ion trị giá 2,8 tỷ USD sẽ ra mắt giữa thập niên 2030, sử dụng AI ổn định chùm tia, tối ưu hóa thiết kế máy dò và xử lý dữ liệu va chạm khổng lồ theo thời gian thực.

Đường hầm chứa Máy gia tốc ion nặng tương đối tính (RHIC). Ảnh: Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven

Theo Interesting Engineering, máy va chạm Electron-Ion (EIC) đang được xây dựng tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở New York, là máy gia tốc hạt đầu tiên tích hợp AI và học máy ngay từ khâu thiết kế. Cơ sở nghiên cứu vật lý thế hệ mới này sẽ cho electron va chạm với proton hoặc hạt nhân để thăm dò cấu trúc vật chất. Đây là dự án hợp tác giữa Brookhaven và Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), quy tụ hơn 300 viện nghiên cứu trên toàn thế giới, trị giá 1,7 - 2,8 tỷ USD và dự kiến bắt đầu hoạt động giữa thập niên 2030.

EIC là máy gia tốc dạng vòng dài 3,9 km với hai chùm tia có độ dày bằng sợi tóc, chạy ngược chiều nhau ở gần vận tốc ánh sáng. Máy dò lớn bằng ngôi nhà mang tên ePIC sẽ hoạt động như một máy ảnh 3D tốc độ cao để ghi lại những gì xảy ra khi hai chùm tia va chạm. EIC có thể xử lý 500.000 va chạm mỗi giây trong khi hệ thống học máy phân loại, sàng lọc và tái tạo những gì diễn ra bên trong máy dò. Cỗ máy tái sử dụng các thành phần chính của Máy gia tốc ion nặng tương đối tính (RHIC) tại Brookhaven, đã ngừng hoạt động vào tháng 2.

AI đã được sử dụng để cải thiện hoạt động của máy gia tốc, nhận dạng hạt và phân tích dữ liệu tại nhiều cơ sở như RHIC và Máy gia tốc hạt lớn tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN). Tuy nhiên, trước đây, công cụ AI thường được bổ sung sau nhiều năm xây dựng. Đối với EIC, nhóm chuyên gia EIC-BeamAI đến từ nhiều viện phát triển và thử nghiệm AI để điều chỉnh thiết kế cỗ máy nhanh chóng và chính xác hơn ngay từ đầu.

EIC sẽ sử dụng hàng thập kỷ dữ liệu hoạt động từ RHIC để huấn luyện và kiểm nghiệm công cụ AI. Thuật toán học máy có thể duy trì chất lượng chùm tia tương đương với một nhà vận hành giàu kinh nghiệm. Hệ thống AI cũng tạo ra bản sao kỹ thuật số của máy gia tốc, một mô hình ảo thời gian thực cho phép nhà nghiên cứu thử nghiệm nhiều thay đổi mà không cần tác động vào cỗ máy thật. Bản sao này có thể phát hiện hành vi bất thường của nam châm đủ sớm để kích hoạt tắt máy trước khi gây ra thiệt hại.

Theo Phys.org, các nhà khoa học cũng sử dụng công cụ AI trong thiết kế máy dò bằng cách lập mô hình kỹ thuật số hình dạng máy và chạy mô phỏng va chạm hạt để đánh giá hiệu suất. Họ tinh chỉnh thiết kế nhiều lần thông qua hàng triệu mô phỏng đòi hỏi tính toán phức tạp trước khi bắt tay vào xây dựng. Nhóm nghiên cứu cũng huấn luyện thuật toán dự đoán các thay đổi thiết kế ảnh hưởng đến khả năng nhận dạng hạt của máy dò, giúp tiết kiệm thời gian, giảm chi phí tính toán và sử dụng năng lượng.

Khi EIC đi vào hoạt động, máy dò ePIC sẽ tạo ra 100 gigabit dữ liệu mỗi giây. Các hệ thống điều khiển bằng AI sẽ phân loại luồng dữ liệu đó theo thời gian thực, khử nhiễu ở tín hiệu khi va chạm xảy ra. Mô hình học sâu sau đó chuyển đổi dấu vết nhỏ do hạt để lại khi đi qua máy dò thành thông tin chi tiết về năng lượng và động lượng của chúng, cải thiện cả tốc độ và độ chính xác của quá trình tái tạo sự kiện.

An Khang tổng hợp