Analiza danych w czasie rzeczywistym rzuca nowe światło na ciemną materię
Materia widzialna, na którą składają się wszystkie obiekty, których możemy dotknąć i które możemy zobaczyć, stanowi zaledwie niewielki ułamek całej materii we Wszechświecie. Większość materii występującej we Wszechświecie, stanowiąca nawet 85 % ogółu, to tak zwana ciemna materia, która nie emituje ani nie odbija światła. Choć fizycy nie zaobserwowali jeszcze żadnej znanej cząstki, która wchodzi w interakcje z ciemną materią, są przekonani, że to tylko kwestia czasu. „Domyślamy się, że istnieje materia, której dotychczas nie udało się zaobserwować – to wynika ze znanych praw rządzących grawitacją”, wyjaśnia Caterina Doglioni, starsza badaczka Uniwersytetu w Lund w Szwecji oraz koordynatorka projektu DARKJETS. „Dotychczas jednak nie byliśmy w stanie dojść do tego, czym ona właściwie jest”. Jedna z hipotez głosi, że ciemna materia składa się z cząstek, które wchodzą w słabe oddziaływania z cząstkami konwencjonalnymi. Niektórzy astrofizycy próbują odtworzyć ciemną materię w laboratorium, zderzając ze sobą różne cząstki. Jednym z najważniejszych ośrodków wykorzystywanych w tym celu jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w laboratorium CERN w Genewie.
Tkanina Wszechświata
Celem projektu DARKJETS, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, było znalezienie odpowiedzi na podstawowe pytanie, które do dziś trapi naukowców z całego świata – z czego zbudowany jest nasz Wszechświat? W tym celu zespół skupił się na opracowywaniu nowych technik analizy danych. „Kiedy dwie cząstki zderzają się ze sobą, może powstać cząstka, która przekazuje oddziaływania między zwykłymi cząstkami i cząstkami ciemnej materii”, dodaje Doglioni. „Gdy zderzamy ze sobą cząstki w Wielkim Zderzaczu Hadronów, nie szukamy bezpośrednio ciemnej materii – skupiamy się raczej na próbach potwierdzenia istnienia tych cząstek-posłańców, które mogą wskazywać na obecność ciemnej materii”. Dotychczas jednym z największych wyzwań dla naukowców była sama analiza ogromnych zbiorów danych powstających w wyniku tych zderzeń. „Często danych jest zbyt wiele, by zarejestrować je wszystkie”, wyjaśnia badaczka. „Z tego powodu postanowiliśmy się przyjrzeć bliżej możliwości analizowania tych interakcji w bardziej efektywny sposób”. Zespół projektu DARKJETS opracował zupełnie nową technikę gromadzenia danych na potrzeby doświadczenia ATLAS przeprowadzanego w CERNie. Najważniejszym osiągnięciem badaczy była eliminacja konieczności gromadzenia ogromnych zbiorów danych. W ramach tej techniki wykorzystywane są algorytmy pozwalające na analizowanie danych w czasie rzeczywistym w celu zmniejszenia wielkości zbioru danych oraz rejestracji wyłącznie potrzebnych informacji. Dzięki temu badacze mogą rejestrować więcej danych przy mniejszym zapotrzebowaniu na przestrzeń do ich magazynowania. „Oddziaływania między cząsteczkami mogą być silne – można wyobrazić je sobie na przykładzie naprawdę dużego magnesu przyczepionego do lodówki. Mogą też być słabe, jak w przypadku niewielkich magnesów, które łatwo od niej odczepić”, zauważa Doglioni. „W naszych poszukiwaniach ciemnej materii skupiamy się na coraz słabszych oddziaływaniach, w związku z czym potrzebujemy gromadzić coraz większe ilości danych. Właśnie tutaj analiza danych w czasie rzeczywistym sprawdzi się zdecydowanie najlepiej”.
Pytania egzystencjalne
Dotychczas naukowcom nie udało się odkryć żadnych cząstek sygnalizujących, których istnienia nie wyjaśniałby model standardowy fizyki cząstek elementarnych. W związku z tym poszukiwania ciemnej materii nadal trwają. Doglioni mimo to wierzy, że fizycy są na dobrej drodze. Możliwość gromadzenia coraz większej ilości przydatnych danych może jedynie zwiększyć szanse na wykrywanie rzadkich oddziaływań między znaną nam materią i jej ciemnym odpowiednikiem. „Nadal trwają prace nad analizą zbiorów zgromadzonych danych, a opracowana przez nas metoda jest obecnie bardziej sprawdzoną techniką”, dodaje. Dla badaczki poszukiwanie ciemnej materii to kwestia egzystencjalna. „To zupełnie inna skala zagadnienia niż odkrycie, że Ziemia nie leży w centrum Wszechświata. Mimo to odkrycie, z czego składa się aż 85 % naszego Wszechświata byłoby czymś naprawdę wyjątkowym i niesamowitym”, podsumowuje badaczka.
Słowa kluczowe
DARKJETS, ciemna materia, Wszechświat, astrofizycy, cząstki, CERN, Wielki Zderzacz Hadronów, LHC, fizyka, Ziemia, algorytmy
