Как ИИ помогает искать «новую физику»: в ЦЕРН добились точности, о которой мечтали десятилетиями

Системы искусственного интеллекта позволили международной группе ученых провести повторный анализ данных, собранных в ходе двух предыдущих фаз работы Большого адронного коллайдера. Это привело к значительному уточнению частоты распадов бозона Хиггса в пары "очарованных" кварков и позволило на 35% уменьшить уровень статистической неопределенности в этих измерениях, сообщили в пресс-службе Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Как отметил научный сотрудник Университета Гента Ян ван дер Линден, работа стала важным шагом на пути к прямому исследованию взаимодействия бозона Хиггса с c-кварками, которое ранее считалось практически невозможным из-за сложности фиксации подобных событий. По его словам, усовершенствованные методы анализа и новые данные помогут ученым приблизиться к решению этой задачи.

Бозон Хиггса, открытый в 2012 году, играет ключевую роль в современной физике — он отвечает за механизм, придающий массу элементарным частицам. В последние годы внимание физиков сосредоточено на уточнении его свойств и взаимодействий с различными кварками — фундаментальными частицами, входящими в состав протонов и нейтронов. До настоящего времени удалось надежно зафиксировать взаимодействие бозона с наиболее массивными кварками — t-кварками и b-кварками.

Однако изучение "очарованных" кварков оказалось значительно более сложной задачей. Как объяснил научный сотрудник ЦЕРН Себастиан Вухтерль, потребовалась коренная перестройка аналитического подхода. Благодаря использованию передовых алгоритмов машинного обучения, ученым удалось отделить ценные сигналы от обилия фонового шума, характерного для данных, полученных детектором CMS в период с 2016 по 2018 год, а также в более ранние годы.

Сопоставив полученные результаты с теоретическими предсказаниями Стандартной модели физики частиц, исследователи подтвердили точность существующих расчетов. Дополнительно они проверили корректность подхода, изучив распады Z-бозона в те же кварковые пары. Частота этих событий должна быть существенно выше — примерно в 13 раз — чем у бозона Хиггса. Эти замеры также совпали с расчетами, тем самым укрепив уверенность ученых в достоверности новых данных.

Как подчеркивают в ЦЕРН, полученные результаты значительно сужают возможные направления поиска "новой физики" — гипотетических явлений, выходящих за рамки существующей модели.