Inteligencia artificial para detectar ondas gravitacionales

Ciertas catástrofes cósmicas extremas, como la colisión entre agujeros negros, pueden causar “ondulaciones” o “arrugas” en el espacio-tiempo. Estas arrugas, denominadas “ondas gravitacionales” se conocían de manera solo teórica hasta que su verificó su existencia real. Esa primera detección de ondas gravitacionales abrió una nueva ventana para explorar la física del universo. Sin embargo, para observarlas se requieren detectores ultraprecisos y el diseño de estos sigue siendo un gran desafío científico para la humanidad.

 

Un equipo encabezado por Mario Krenn, del Instituto Max Planck de Ciencia de la Luz, en Erlangen, Alemania, ha estado trabajando en cómo un sistema de inteligencia artificial podría explorar la enorme cantidad de posibles diseños para encontrar algunos que ofrezcan soluciones completamente nuevas para las limitaciones técnicas actuales.

 

Hace más de un siglo, Einstein predijo desde el ámbito teórico las ondas gravitacionales. Estas no pudieron detectarse directamente hasta 2016 debido a la extrema complejidad del desarrollo de los detectores necesarios. Recientemente, Krenn y sus colegas idearon un algoritmo de inteligencia artificial llamado «Urania» que sirve para encontrar nuevos diseños de detectores interferométricos de ondas gravitacionales que superen en prestaciones a los detectores con diseños convencionales.

 

Explicado de modo simple, la interferometría es un método de detección y medición que se basa en combinar observaciones realizadas desde puntos geográficos distintos. Las diferencias entre las observaciones permiten obtener información adicional sobre aquello que se está observando.

 

Krenn y sus colegas han empleado Urania, basado en el aprendizaje automático (una modalidad de inteligencia artificial) para examinar diseños posibles y encontrar bastantes nuevos que superan en prestaciones a los detectores de nueva generación más conocidos. Los resultados cosechados en esta línea de investigación y desarrollo tienen un potencial magnífico para mejorar, en más de un orden de magnitud, el rango de señales detectables.

 

Representación de la caída de un agujero negro contra otro (izquierda), su colisión (centro) y su fusión (derecha). El fenómeno emite ondas gravitacionales. Abajo, representación de la detección de tales ondas desde los observatorios LIGO de Hanford (color naranja) y LIGO de Livingston (azul), emplazados en distintas zonas de Estados Unidos. (Imagen: Aurore Simmonet (Sonoma State University) / Caltech / MIT / LIGO Laboratory)

 

Entre las soluciones propuestas por Urania, los investigadores redescubrieron numerosas técnicas conocidas. Urania también propuso diseños poco convencionales que podrían transformar de modo radical la tecnología de detectores de ondas gravitacionales. Estas nuevas y revolucionarias soluciones parecen ser mejores que cualquier otra ideada por seres humanos, según afirma Krenn.

 

Los resultados obtenidos por Krenn y sus colegas demuestran que la inteligencia artificial puede descubrir nuevos diseños de detectores de ondas gravitacionales e inspirar a los investigadores a explorar nuevas ideas experimentales y teóricas.

 

En términos más generales, los resultados sugieren que la inteligencia artificial podría desempeñar un papel fundamental en el diseño de futuras herramientas para explorar el universo, desde sus escalas más pequeñas hasta las más grandes.

 

Krenn y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus últimos progresos en la revista académica Physical Review X, bajo el título “Digital Discovery of Interferometric Gravitational Wave Detectors”. (Fuente: NCYT de Amazings)