Фізики CERN вперше застосували штучний інтелект для пошуку найменшої неподільної частинки Всесвіту

Фізики з колаборації CMS на Великому адронному колайдері (LHC) застосували методи штучного інтелекту для пошуку рідкісних розпадів бозона Гіґґса на чарівні кварки. Дослідження дало найсуворіші обмеження на силу взаємодії бозона з чарівними кварками, повідомили на семінарі CERN.

Бозон Гіґґса, відкритий у 2012 році, є ключовим елементом Стандартної моделі фізики елементарних частинок, адже саме через нього фундаментальні частинки отримують масу. Взаємодія з найважчими кварками — топом і ботом — уже підтверджена, але зв’язки з легшими кварками, такими як чарівний, досі практично не досліджені. Це залишає відкритим фундаментальне питання: чи саме бозон Гіґґса відповідає за масу кварків, що складають звичайну матерію.

У пошуку CMS розглядали рідкісні події, коли бозон Гіґґса утворюється разом із парою топкварків і розпадається на два кварки. Такі розпади складно виявити, адже кварки утворюють вузькі струмені адронів, які швидко розпадаються, і традиційні методи ідентифікації струменів неефективні для нетипових кварків.

Печера CMS, вид на детектор з End­Cap у відкритому положенні. Джерело: CERN

Щоб підвищити точність, дослідники використали графові нейромережі для розпізнавання струменів та трансформери — модель того ж класу, що лежить в основі Chat­G­PT, — для відокремлення подій із бозоном Гіґґса від фонових зіткнень. Навчання систем проводили на сотнях мільйонів симульованих струменів, що дозволило значно поліпшити розпізнавання сигналу.

Аналіз даних LHC за 2016–2018 роки та результати попередніх пошуків дозволили CMS посилити обмеження на взаємодію бозона Гіґґса з чарівним кварком приблизно на 35%. Вчені зазначають, що подальші збори даних і розвиток методів машинного навчання можуть у найближчі роки привести до прямого спостереження цього розпаду — завдання, яке ще донедавна вважалося майже неможливим.