L'apprentissage automatique pour détecter de nouveaux phénomènes naturels

Le physicien belge Seth Moortgat a mis au point deux méthodes utilisant l'apprentissage automatique, ou intelligence artificielle, pour analyser les données générées par l'accélérateur de particules du CERN et détecter de nouveaux phénomènes naturels.

Aujourd'hui encore, des scientifiques utilisent l'héritage de Marie Curie dans leurs propres domaines de recherche et partagent la passion qui l'animait pour la science et le progrès. C'est le cas du physicien belge Seth Moortgat, physicien expérimental des particules au CERN, le Centre européen pour la recherche nucléaire, à Genève. Il a développé deux méthodes utilisant l'apprentissage automatique, ou intelligence artificielle, pour analyser les données générées par l'accélérateur de particules du CERN et détecter de nouveaux phénomènes naturels.

Insignifiant et important à la fois

Seth Moortgat est chercheur postdoctoral à la VUB et travaille également comme « physicien expérimentateur en particules » auprès du CERN, le Centre Européen de Recherche Nucléaire basé à Genève. Là-bas, des scientifiques du monde entier étudient l’univers afin de savoir de quelles matières il se compose et comment il fonctionne.

« Nous ignorons encore à ce jour 95 % de la composition de l’univers. Dès lors, participer à des recherches qui répondent à ces questions me fait sentir à la fois insignifiant et important. »

Seth Moortgat, physicien expérimental des particules au CERN

A la recherche des fondations de l’univers

Pour étudier les fondations de l’univers, on fait appel à des accélérateurs de particules. Le plus grand d’entre eux au monde se trouve au CERN et répond au nom de "grand collisionneur de hadrons" (LHC, ou Large Hadron Collider en anglais). D’une circonférence de 27 kilomètres, cet anneau souterrain permet d’étudier le résultat de la collision des protons. 

Les protons sont des particules subatomiques. Avec les neutrons, ils forment le noyau d'un atome. Les protons eux-mêmes sont constitués de petites particules appelées quarks : les quarks up et les quarks down.

Dans l’accélérateur de particules, les scientifiques accroissent l’énergie des protons pour égaler la vitesse de la lumière (300 000 km/s) et ensuite les laisser entrer en collision. Lors d'une telle collision à haute énergie, de petites particules sont libérés. À l’endroit où les particules entrent en collision, des détecteurs sont placés, sortes de caméras numériques, afin de prendre des clichés des collisions et des débris.

Chaque collision révèle une grande quantité de données, et leur analyse scientifique permet d’en savoir davantage au sujet des composants les plus petits de l’univers. Cette approche permet d’arriver à des découvertes historiques comme en 2012, avec le boson de Higgs, une particule probablement à l’origine de la masse de toutes les matières.

Détecter plus efficacement les phénomènes naturels

Grâce à Seth Moortgat, toutes ces données provenant de l’accélérateur de particules peuvent être analysées encore plus efficacement. Les deux méthodes qu’il vient de développer permettent de détecter plus rapidement les modèles (même ceux qui ne pouvaient pas être prédits auparavant).

  • La première méthode se concentre sur l’identification des différentes sortes de quarks. Grâce à un algorithme intelligent, ces particules élémentaires sont détectées et distinguées les unes des autres après une collision. On peut alors mesurer la fréquence à laquelle chaque type de quark est produit lors d'une collision et étudier les phénomènes naturels sous-jacents.
  • La deuxième méthode compare les résultats des différentes collisions. L’analyse de données devient ainsi plus précise et permet de reconnaître ou d'exclure plus rapidement les modèles théoriques. L’exclusion de modèles facilite justement l’identification des phénomènes naturels inexpliqués ou ignorés.

Grâce à cette application innovative de l’apprentissage automatique, les phénomènes naturels peuvent être détectés plus efficacement.

"La physique subatomique est au top de sa forme, de même que les évolutions technologiques qui lui sont associées. Je suis convaincu que l'avenir va nous apporter de belles choses, et notamment des applications sur le plan sociétal. Je suis très optimiste et impatient à ce sujet." affirme Seth Moortgat. 

« La physique subatomique est au top de sa forme, de même que les évolutions technologiques qui lui sont associées. Je suis convaincu que l'avenir va nous apporter de belles choses. »

Seth Moortgat, physicien expérimental des particules au CERN