شبكات عصبية في المصادم: الذكاء الاصطناعي يبحث عن فيزياء لم نطلبها

تخيّلوا أنكم بنيتم أغلى جهاز وأعقده في تاريخ البشرية، وهو حلقة طولها 27 كيلومترًا تحت الحدود بين فرنسا وسويسرا، ثم لم يفعل هذا الجهاز سوى تأكيد ما كنتم تعرفونه قبل خمسين عامًا. هذا بالضبط ما وجد فيزيائيو مصادم الهادرونات الكبير أنفسهم فيه. فالنموذج المعياري، الذي يصف بنية عالمنا، تبيّن أنه دقيق على نحو مخيف. إنه يتنبأ بخصائص الجسيمات بدقة تصل إلى أجزاء من التريليون، ومع ذلك يترك الأسئلة الكبرى بلا إجابة: ما المادة المظلمة، وأين ذهبت المادة المضادة، ولماذا تمتلك النيوترينوات كتلة أصلًا. وكأننا عالقون في غرفة نظيفة تمامًا، كل شيء فيها مرتب على الرفوف، لكننا نعلم يقينًا أن خلف الجدار مستودعًا كاملًا من الأشياء غير المدروسة.

ولفترة طويلة، كان العلماء يبحثون عن أشياء محددة. فمثلًا، بحثوا عن التناظر الفائق (supersymmetry)، وهي نظرية وعدت بحديقة حيوان كاملة من الجسيمات الثقيلة الجديدة. وحين شُغّل LHC في عام 2008، كان طلاب الدراسات العليا الشباب واثقين من أن التناظر الفائق سيقفز في وجوههم حرفيًا في السنة الأولى من العمل. ومرت ثماني عشرة سنة، وخفت الحماس. بحثنا عمّا توقعنا رؤيته، ولم نجد شيئًا. والآن تنعطف فيزياء الجسيمات الأولية نحو مسار آخر، يحلّ فيه الذكاء الاصطناعي، المدرَّب على البحث عن «أي شيء غريب فحسب»، محلّ الحدس البشري والنظريات المسبقة.

الأداة الأساسية هنا هي التعلم غير الخاضع للإشراف، وتحديدًا المشفّرات التلقائية. ففي الصناعة تُستخدم هذه التقنية لكشف الهجمات الإلكترونية: تدرس الشبكة العصبية حركة البيانات الطبيعية وتضغطها ثم تحاول استعادتها. فإذا تغيّرت الحركة فجأة، تعجز الخوارزمية عن إعادة بنائها بشكل صحيح وتطلق الإنذار. وقرر الفيزيائيون استبدال حواسيب الشبكة بالجسيمات الأولية. نغذّي الذكاء الاصطناعي ببيانات عن التصادمات النمطية، وحين يمر في الكاشف شيء لا تستطيع الشبكة العصبية «التعرف عليه» وضغطه، تضع عليه علامة شذوذ. وهذا يتيح البحث عن فيزياء تتجاوز النموذج المعياري دون أن تكون لدينا فكرة تقريبية عن شكلها المتوقع.

تكمن المشكلة في أن حجم البيانات هائل. فالمصادم ينتج 40 مليون تصادم في الثانية. ولا يمكن حفظ هذا الحجم من المعلومات، إذ ستحترق الأقراص ببساطة. لذلك يجب اتخاذ القرارات بشأن ما يُحتفظ به وما يُتخلص منه على الفور. وهنا يأتي دور «العتاد». فقد تمكن علماء من معهد MIT ومختبر فيرمي (Fermilab) من حشر الشبكات العصبية في رقاقات FPGA (دارات منطقية قابلة للبرمجة). وتحلل هذه الأنظمة الأحداث خلال 80 نانوثانية. وهذا أسرع من أن يدرك الدماغ البشري حتى حدوث ومضة الضوء نفسها. إننا نصنع حرفيًا «عبقريًا رقميًا» ينظر إلى العالم بطريقة مختلفة ويرشّح الواقع بحثًا عن شقوق في بنية الكون.

لكن حتى أذكى خوارزمية تنطوي على مخاطرة. ففي تاريخ الفيزياء حالات سابقة من «Oops-Leon» (اكتشافات زائفة)، حين اعتُبرت تقلبات إحصائية جسيمات جديدة. والفيزيائيون قوم حذرون: فلكي يعلنوا اكتشافًا، يجب أن يكون احتمال الخطأ أقل من واحد في 3.5 مليون. وقد يعثر الذكاء الاصطناعي على شذوذ يتضح أنه مجرد ضوضاء في الكاشف أو كابل سيئ التوصيل. لذلك لا تحلّ الشبكة العصبية هنا محل الفيزيائي، بل تعمل كشخص استطلاع. تقول له: «انظر إلى هذه الزاوية، فثمة أمر غريب يحدث هناك». وبعدها يتعيّن على الإنسان، بقلمه وطباشيره، أن يقرر ما إذا كان الأمر يستحق جائزة نوبل أم أن المستشعر معطّل فحسب.

وينتظرنا في المستقبل مشروع DUNE، وهو كاشف نيوترينوات عملاق سيلتقط الجسيمات الشبحية العابرة عبر 1300 كيلومتر من الصخور. وهناك سيغربل الذكاء الاصطناعي 5 تيرابايت من البيانات في الثانية بحثًا عن آثار المستعرات العظمى أو اضمحلال البروتون. لقد اعترفنا أخيرًا بأن نظرياتنا قد تكون نظارات لا تساعدنا على الرؤية فحسب، بل تعمينا أيضًا، إذ تحجب عنا ألوانًا لم نعتد عليها. وربما لا يكتشف الحقيقة العظمى التالية عن الكون أينشتاين جديد، بل خوارزمية نُسي أن يُقال لها إن البحث عن جسيمات «مستحيلة» ليس من المألوف.

الخلاصة: تنتقل الفيزياء من اختبار النظريات إلى البحث الآلي عن الشذوذات. وإذا سقط النموذج المعياري، فالأرجح أن يسقط تحت ضربات خوارزميات تعمل بسرعات نانوثانية.