|
ИИ усиливает очарование бозона Хиггса
|
|
|
|
Бозон Хиггса, открытый на Большом адронном коллайдере (БАК) в 2012 году, играет центральную роль в стандартной модели физики элементарных частиц, придавая элементарным частицам, таким как кварки, массу благодаря своим взаимодействиям. Было обнаружено, что взаимодействие бозона Хиггса с самыми тяжелыми кварками "третьего поколения" - верхним и нижним кварками — соответствует стандартной модели.
|
|
|
|
Но изучение его взаимодействий с более легкими кварками "второго поколения", такими как чарм-кварк, и с самыми легкими кварками "первого поколения" - верхним и нижним кварками, которые составляют строительные блоки атомных ядер, — остается сложной задачей, оставляя без ответа вопрос о том, является ли бозон Хиггса источником энергии. отвечает за генерирование масс кварков, из которых состоит обычная материя.
|
|
|
|
Исследователи изучают взаимодействие бозона Хиггса, наблюдая за тем, как частица распадается на другие частицы или образуется вместе с ними в результате высокоэнергетических протон—протонных столкновений в БАК.
|
|
|
|
|
|
|
На недавнем семинаре, проведенном в ЦЕРНе, экспериментальная коллаборация CMS представила результаты первого поиска бозона Хиггса, распадающегося на пару очарованных кварков при столкновениях, когда бозон Хиггса образуется рядом с двумя верхними кварками. Используя передовые технологии искусственного интеллекта, этот новый поиск был использован для установления самых строгих на сегодняшний день ограничений на взаимодействие между бозоном Хиггса и кварком очарования.
|
|
|
|
Образование бозона Хиггса в сочетании с парой топ-кварков, при этом бозон Хиггса распадается на пары кварков, - это не только редкий процесс в БАКЕ, но и тот, который особенно сложно отличить от похожих фоновых столкновений.
|
|
|
|
Это связано с тем, что кварки немедленно образуют коллимированные брызги (или "струи") адронов, которые перед распадом пролетают лишь небольшое расстояние, что особенно затрудняет идентификацию струй, происходящих от очарованных кварков, которые образуются при распаде бозона Хиггса, от струй, происходящих от других типов кварков.
|
|
|
|
Традиционные методы идентификации, называемые "мечением", с трудом поддаются эффективному распознаванию магнитных струй, что требует разработки более совершенных методов распознавания.
|
|
|
|
"Этот поиск потребовал изменения парадигмы в методах анализа", - объясняет Себастьян Вухтерль, научный сотрудник ЦЕРН. "Поскольку очаровательные кварки сложнее пометить, чем нижние, мы использовали передовые методы машинного обучения, чтобы отделить сигнал от фона".
|
|
|
|
Исследователи CMS преодолели два основных препятствия, используя модели машинного обучения. Первым из них была идентификация струй charm, которая была выполнена с использованием алгоритма, называемого графовой нейронной сетью. Вторая задача заключалась в том, чтобы отличить сигналы бозона Хиггса от фоновых процессов, для чего использовалась сеть transformer — тип машинного обучения, который лежит в основе ChatGPT, но обучен классифицировать события, а не генерировать диалоги.
|
|
|
|
Алгоритм распознавания charm-меток был обучен на сотнях миллионов моделируемых самолетов, чтобы он мог распознавать charm-самолеты с более высокой точностью.
|
|
|
|
Используя данные, собранные с 2016 по 2018 год, в сочетании с результатами предыдущих исследований распада бозона Хиггса на кварки charm с помощью других процессов, команда CMS установила самые строгие ограничения на взаимодействие между бозоном Хиггса и кварком charm, сообщив об улучшении примерно на 35% по сравнению с предыдущими исследованиями. ограничения. Это накладывает существенные ограничения на потенциальные отклонения от предсказания стандартной модели.
|
|
|
|
"Наши результаты знаменуют собой важный шаг вперед", - говорит Ян ван дер Линден, научный сотрудник Гентского университета. "Благодаря большему количеству данных, полученных в ходе предстоящих запусков БАК, и усовершенствованным методам анализа мы можем получить прямое представление о взаимодействии бозона Хиггса с очарованными кварками в БАК — задача, которая еще несколько лет назад считалась невыполнимой".
|
|
|
|
Поскольку БАК продолжает собирать данные, усовершенствования в маркировке charm и классификации событий, связанных с бозоном Хиггса, могут в конечном итоге позволить CMS и сопутствующему эксперименту ATLAS подтвердить распад бозона Хиггса на кварки charm. Это стало бы важным шагом на пути к полному пониманию роли бозона Хиггса в формировании массы всех кварков и стало бы решающей проверкой стандартной модели 50-летней давности.
|
|
|
|
Источник
|
