CERN en AI-bedrijf Mistral bouwen samen 'brein' voor deeltjesfysica

CERN, het Europese laboratorium voor deeltjesfysica bij Genève, en het Franse AI-bedrijf Mistral hebben een intentieverklaring getekend voor een langdurige samenwerking. Doel is om AI-modellen te ontwikkelen die wetenschappelijke doorbraken kunnen versnellen. De eerste focus ligt op hoge-energiefysica, het vakgebied waarin CERN met zijn deeltjesversneller wereldwijd toonaangevend is.

Het belangrijkste doel van de samenwerking is de bouw van één groot, voorgetraind AI-model voor botsingsfysica. Dit zou het eerste 'foundation model' worden dat speciaal is gemaakt voor het analyseren van deeltjesbotsingen. Een foundation model is een AI-systeem dat eerst op enorme hoeveelheden data wordt getraind en daarna voor meerdere taken ingezet kan worden, vergelijkbaar met hoe taalmodellen als ChatGPT op tekst zijn getraind en daarna allerlei soorten vragen kunnen beantwoorden.

Waarom is dit nodig?

CERN beheert de Large Hadron Collider (LHC), de grootste en krachtigste deeltjesversneller op aarde. Daarin laten onderzoekers protonen op hoge snelheid tegen elkaar botsen om de bouwstenen van het universum te bestuderen. Dat levert enorme hoeveelheden data op: CERN heeft inmiddels ongeveer een exabyte aan meetgegevens opgeslagen, omgerekend een miljoen terabyte. Vanaf ongeveer 2030 gaat de opgewaardeerde versie van de versneller, de HL-LHC, tien keer zoveel botsingen per jaar opleveren.

Het analyseren van al die botsingen gebeurt nu met een keten van losse, gespecialiseerde computerprogramma's die stap voor stap de signalen van de detectoren omzetten in herkenbare deeltjes. Elk programma doet daarbij zijn eigen taak. Machine learning, een vorm van AI waarbij systemen patronen leren uit data, wordt al gebruikt om losse onderdelen van dat proces te verbeteren. Het nieuwe model moet die hele keten in één keer kunnen doorlopen, in plaats van met losse programma's te werken.

Wat moet het model kunnen?

Het geplande Large Physics Model wordt getraind op miljarden gesimuleerde proton-protonbotsingen. Het moet onder meer helpen bij het reconstrueren van botsingen, het herkennen van deeltjes, het signaleren van onverwachte en mogelijk nieuwe natuurkundige verschijnselen, en het beoordelen van ontwerpen voor toekomstige detectoren. Enrica Porcari, de informatiedirecteur van CERN, noemt deeltjesfysica een uitgelezen omgeving om AI met grote precisie te ontwikkelen en te testen. Johannes Brandstetter, AI-vicepresident bij Mistral, spreekt van een kans om de grenzen van de deeltjesfysica te verleggen en mogelijk tot nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen te komen.

Europese ambities

De samenwerking past in een breder streven om Europese kennis op het gebied van AI en fundamenteel onderzoek te bundelen. Mistral, opgericht in Frankrijk, wil zich onderscheiden van Amerikaanse en Chinese techbedrijven door open en controleerbare AI-modellen te bouwen. CERN hoopt dat de kennis die uit dit project ontstaat, niet alleen de deeltjesfysica vooruithelpt, maar ook breder inzetbaar wordt voor andere wetenschappelijke disciplines.