AI допоміг фізикам з CERN виявити рідкісний розпад бозона Хіггса

Штучний інтелект допомагає фізикам CERN виявити найтонші сліди рідкісного розпаду бозона Хіггса, що веде до глибшого розуміння природи маси.

У рамках експерименту Compact Muon Solenoid (CMS) на Великому адронному колайдері, дослідники CERN досягли нового рівня точності у виявленні розпаду бозона Хіггса на чарівні кварки. Бозон Хіггса — це квант збудження так званого поля Хіггса, яке, згідно з “Стандартною моделлю фізики частинок”, надає масу іншим частинкам через механізм спонтанного порушення симетрії. Попри попередні успіхи у вивченні його взаємодії з важкими кварками третього покоління, детекція зв’язків із чарівними кварками — представниками другого покоління — залишається вкрай складною.

Вирішальним чинником стала інтеграція методів машинного навчання, які дозволили подолати два ключові бар’єри: ідентифікацію чарм-струменів та розділення сигналів Хіггса з фоновими подіями. Як зазначив доктор Себастіан Вухтерл, «цей пошук вимагав зміни парадигми в техніках аналізу». Було розроблено дві моделі: графічна нейронна мережа, що інтерпретує струмені як взаємопов’язані структури, і трансформаторна архітектура, подібна до основи мовних моделей, які здатні виділяти релевантні зіткнення серед мільйонів.

Особливістю цієї роботи стало використання трансформера для класифікації складних подій на основі глибокої статистичної оцінки симульованих даних. Завдяки цьому вдалося досягти підвищення чутливості вимірювань на 35% шляхом аналізу даних 2016–2018 років. Як пояснив Ян ван дер Лінден: «Ми можемо отримати пряме уявлення про взаємодію бозона Хіггса з чарівними кварками в LHC — завдання, яке ще кілька років тому вважалося неможливим».

Подальше накопичення даних та вдосконалення алгоритмів відкривають шлях до експериментального підтвердження рідкісного розпаду, що стане серйозним випробуванням для Стандартної моделі. Зі зростанням обсягів інформації вчені сподіваються не лише підтвердити ці сигнали, але й уточнити роль бозона Хіггса у механізмі масоутворення. Це може змінити уявлення про фундаментальні сили природи та структуру матерії.