Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ίρβαϊν ανέπτυξαν ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να σχεδιάζει αυτόνομα θεωρητικά μοντέλα σωματιδιακής φυσικής, μια διαδικασία που μέχρι σήμερα αποτελούσε αποκλειστικά έργο των θεωρητικών φυσικών. Η νέα προσέγγιση επιτρέπει την εξερεύνηση τεράστιων και μέχρι πρότινος ανεξερεύνητων περιοχών της θεωρίας, εντοπίζοντας νέες πιθανές εξηγήσεις για τη συμπεριφορά των νετρίνων.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Communications Physics και παρουσιάζει το σύστημα Autonomous Model Builder (AMBer), το οποίο αναπτύχθηκε από τους υποψήφιους διδάκτορες Βικτόρια Κναπ-Πέρες και Τζέικ Ρούντολφ, υπό την καθοδήγηση ερευνητών του Τμήματος Φυσικής και Αστρονομίας του πανεπιστημίου.
Πώς μαθαίνει το AMBer
Το AMBer βασίζεται στη μάθηση ενίσχυσης (reinforcement learning), μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης που μαθαίνει μέσω δοκιμής και λάθους αντί να ακολουθεί προκαθορισμένες οδηγίες.
«Η μάθηση ενίσχυσης διαφέρει από άλλες μορφές μηχανικής μάθησης, στις οποίες τα μοντέλα προβλέπουν ετικέτες ή εντοπίζουν μοτίβα στα δεδομένα», εξήγησε ο Τζέικ Ρούντολφ. «Το πλαίσιο RL του AMBer τού επιτρέπει να μαθαίνει τον χώρο των θεωρητικών μοντέλων καθώς τον εξερευνά, δημιουργώντας ουσιαστικά τα δικά του δεδομένα εκπαίδευσης κατά την αναζήτηση υποσχόμενων θεωριών».
Δημιουργεί και αξιολογεί θεωρίες
Το σύστημα κατασκευάζει θεωρητικά μοντέλα επιλέγοντας μαθηματικές ομάδες συμμετρίας, καθορίζοντας ποια σωματίδια θα περιλαμβάνονται και ορίζοντας τον τρόπο με τον οποίο αυτά συμπεριφέρονται μέσα στις επιλεγμένες συμμετρίες.
Στη συνέχεια, κάθε μοντέλο αξιολογείται με βάση δύο βασικά κριτήρια: πόσο καλά συμφωνεί με τα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα και πόσες ελεύθερες παραμέτρους απαιτεί. Όσο λιγότερες είναι οι παράμετροι, τόσο μεγαλύτερη θεωρείται η προβλεπτική ισχύς του μοντέλου.
Οι επιστήμονες δοκίμασαν αρχικά το AMBer σε γνωστές κατηγορίες θεωριών για τα νετρίνα, όπου κατάφερε να αναπαράγει ήδη καθιερωμένα αποτελέσματα. Στη συνέχεια το εφάρμοσαν σε μαθηματικά πλαίσια που δεν είχαν εξερευνηθεί μέχρι σήμερα, εντοπίζοντας νέα θεωρητικά μοντέλα που αξίζει να μελετηθούν περαιτέρω.
Το άλυτο μυστήριο της μάζας των νετρίνων
Τα νετρίνα είναι υποατομικά σωματίδια με εξαιρετικά μικρή αλλά μη μηδενική μάζα, ένα χαρακτηριστικό που δεν μπορεί να εξηγήσει το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής.
Η κατανόηση της προέλευσης αυτής της μάζας αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ανοιχτά προβλήματα της σύγχρονης φυσικής και έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη πολλών εναλλακτικών θεωρητικών μοντέλων.
Εργαλείο για τους φυσικούς, όχι αντικαταστάτης
Οι ερευνητές τονίζουν ότι το AMBer δεν προορίζεται να αντικαταστήσει τους θεωρητικούς φυσικούς, αλλά να λειτουργήσει ως ένα έξυπνο εργαλείο που περιορίζει τον τεράστιο αριθμό πιθανών θεωριών στις πιο ελπιδοφόρες.
«Το AMBer λειτουργεί ως φίλτρο, προσφέροντας στους φυσικούς ένα καλύτερα τεκμηριωμένο σημείο εκκίνησης για τη μελέτη πιο σύνθετων μοντέλων νετρίνων», δήλωσε η Βικτόρια Κναπ-Πέρες.
Οι δημιουργοί του εκτιμούν ότι η ίδια προσέγγιση θα μπορούσε στο μέλλον να εφαρμοστεί και σε άλλα προβλήματα της θεωρητικής φυσικής, επιταχύνοντας την αναζήτηση νέων μοντέλων που θα ερμηνεύουν φαινόμενα τα οποία παραμένουν ανεξήγητα.
