Científicos usaron IA para buscar nuevas leyes de la física... ¡y las encontraron!

Un innovador uso de la IA, no como una herramienta de predicción, sino como un socio en el descubrimiento científico, ha permitido a un equipo de físicos desentrañar fuerzas de la naturaleza que hasta ahora eran un misterio.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

En un avance que fusiona la física experimental con el aprendizaje automático, científicos de la Universidad de Emory utilizaron un programa de inteligencia artificial para descubrir nuevas y sorprendentes leyes físicas. El estudio, publicado en la prestigiosa revista PNAS, demuestra cómo la IA puede ir más allá de procesar datos para convertirse en una herramienta fundamental para la exploración científica.

«Hemos demostrado que podemos usar la IA para descubrir nueva física», afirma Justin Burton, profesor de física experimental en Emory y coautor principal del artículo. «Nuestro método no es una “caja negra”: entendemos cómo y por qué funciona. El marco que proporciona es universal y podría aplicarse a otros sistemas para abrir nuevas rutas al descubrimiento».

¿Qué estudiaron exactamente? El fascinante «plasma polvoriento»

Para lograr este hito, los científicos se centraron en un estado de la materia fascinante: el plasma polvoriento. El plasma, a menudo llamado el «cuarto estado de la materia», es un gas cargado de partículas y constituye el 99.9 % del universo visible, desde el Sol hasta los rayos. El plasma polvoriento, que añade partículas de polvo a la mezcla, es común en el espacio, desde los anillos de Saturno hasta el polvo que levitan los astronautas en la Luna.

En la Tierra, un ejemplo ocurre durante los incendios forestales, donde el hollín cargado eléctricamente puede interferir con las comunicaciones de radio. En su laboratorio, el equipo de Burton recreó este fenómeno suspendiendo diminutas partículas de plástico en una cámara de vacío llena de plasma, utilizando un láser y una cámara de alta velocidad para rastrear el movimiento de cada partícula en 3D.

Los datos de este experimento alimentaron a una red neuronal especialmente diseñada. El resultado fue la descripción más detallada y precisa hasta la fecha de las fuerzas no recíprocas que gobiernan este sistema.

Una vista dentro de la cámara de vacío del laboratorio, donde las partículas coloidales están suspendidas en un disco plano, iluminadas por la luz verde de un láser, para estudiar el plasma polvoriento. Crédito: Burton Lab.

Ilya Nemenman, profesor de física teórica y coautor del estudio, lo explica con una analogía simple: «Imagina dos botes moviéndose en un lago. La estela de cada bote afecta al otro. En el plasma polvoriento, describimos cómo una partícula líder atrae a la que la sigue, pero, curiosamente, la partícula que va detrás siempre repele a la líder».

La IA no solo describió este fenómeno con una precisión superior al 99 %, sino que también corrigió teorías que se daban por sentadas. Por ejemplo, demostró que la carga eléctrica de una partícula no depende solo de su tamaño, como se creía, sino también de la densidad y temperatura del plasma. Además, reveló que la fuerza entre dos partículas no solo se ve afectada por su distancia, sino también por su tamaño, algo que las teorías anteriores no consideraban con exactitud.

Una IA diseñada para descubrir, no solo para predecir

A diferencia de modelos como ChatGPT, que se entrenan con enormes cantidades de datos de Internet, esta IA fue diseñada para aprender a partir de un conjunto de datos pequeño y específico del laboratorio. «Nos llevó más de un año de discusiones semanales dar con la estructura correcta para la red neuronal», comenta Nemenman.

El equipo humano estableció las reglas fundamentales de la física que la IA debía respetar, pero le dio la libertad de inferir las interacciones desconocidas.

«Este proyecto es un gran ejemplo de colaboración interdisciplinaria donde el avance en la física del plasma y la IA puede conducir a más avances en el estudio de otros “sistemas de muchos cuerpos”, como las interacciones colectivas en sistemas vivos», señaló Vyacheslav (Slava) Lukin, director de programa de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), que financió principalmente el trabajo.

Mientras la humanidad sigue buscando respuestas a los misterios del universo, esta investigación demuestra que la inteligencia artificial, guiada por el pensamiento crítico humano, puede ser una aliada indispensable. Como concluye el profesor Burton: «Pienso en ello como el lema de Star Trek: ir audazmente a donde nadie ha ido antes. Usada correctamente, la IA puede abrir puertas a reinos completamente nuevos por explorar».

Fuente: Emory. Edición: MP.