Máy gia tốc hạt 2,8 tỷ USD tích hợp AI ngay từ khâu thiết kế

Theo Interesting Engineering, máy va chạm Electron-Ion (EIC) đang được xây dựng tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven, bang New York, Mỹ, sẽ trở thành máy gia tốc hạt đầu tiên trên thế giới tích hợp AI và học máy ngay từ đầu.

Dự án là sự hợp tác giữa Phòng thí nghiệm Brookhaven và Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), với sự tham gia của hơn 300 viện nghiên cứu toàn cầu. Tổng kinh phí dự kiến dao động từ 1,7 đến 2,8 tỷ USD và dự kiến vận hành vào giữa thập niên 2030.

EIC được thiết kế dạng vòng tròn dài khoảng 3,9 km. Hệ thống sẽ cho các electron va chạm với proton hoặc hạt nhân ở vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng nhằm nghiên cứu cấu trúc cơ bản của vật chất.

Máy dò ePIC có kích thước tương đương một ngôi nhà sẽ hoạt động như “máy ảnh 3D tốc độ cao”, ghi lại toàn bộ quá trình va chạm giữa các chùm tia hạt.

Theo các nhà nghiên cứu, EIC có khả năng xử lý khoảng 500.000 vụ va chạm mỗi giây. Khối lượng dữ liệu khổng lồ này sẽ được AI hỗ trợ phân loại, sàng lọc và tái tạo gần như theo thời gian thực.

Trước đây, AI chủ yếu được bổ sung sau khi các máy gia tốc đi vào hoạt động nhiều năm, như tại Máy gia tốc ion nặng tương đối tính (RHIC) ở Brookhaven hay Máy gia tốc hạt lớn của CERN. Tuy nhiên, với EIC, AI được tích hợp ngay từ khâu thiết kế thông qua nhóm nghiên cứu EIC-BeamAI.

Hệ thống AI sẽ sử dụng dữ liệu vận hành tích lũy hàng chục năm từ RHIC để huấn luyện các thuật toán kiểm soát chùm tia. Theo nhóm nghiên cứu, các mô hình học máy có thể duy trì độ ổn định chùm tia tương đương những kỹ sư vận hành giàu kinh nghiệm.

Một điểm đáng chú ý khác là EIC sẽ sở hữu “bản sao kỹ thuật số” của toàn bộ máy gia tốc. Đây là mô hình ảo thời gian thực giúp các nhà khoa học thử nghiệm thay đổi kỹ thuật mà không cần can thiệp trực tiếp vào hệ thống thật.

AI cũng được dùng để tối ưu hóa thiết kế máy dò ePIC. Các nhà khoa học chạy hàng triệu mô phỏng va chạm hạt để đánh giá hiệu suất và tinh chỉnh cấu trúc thiết bị, từ đó rút ngắn thời gian nghiên cứu và giảm chi phí tính toán.

Khi đi vào hoạt động, máy dò ePIC dự kiến tạo ra khoảng 100 gigabit dữ liệu mỗi giây. Các hệ thống AI sẽ đảm nhận việc lọc nhiễu, phân tích tín hiệu và chuyển đổi dấu vết hạt thành dữ liệu về năng lượng, động lượng và đặc tính vật lý chi tiết.

Giới nghiên cứu đánh giá EIC không chỉ mở ra bước tiến mới trong vật lý hạt mà còn đánh dấu giai đoạn AI trở thành thành phần cốt lõi trong các công trình khoa học quy mô lớn tương lai.