Физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) применили передовые технологии искусственного интеллекта для решения одной из самых сложных задач в современной физике частиц — поиска редкого распада бозона Хиггса на очарованные (charm) кварки. Эта работа, которую еще несколько лет назад считали практически невыполнимой, позволила установить самые строгие на сегодняшний день ограничения на силу взаимодействия «божественной частицы» с этим типом кварков.
Бозон Хиггса, открытый на Большом адронном коллайдере (БАК) в 2012 году, играет ключевую роль в Стандартной модели физики, наделяя массой фундаментальные частицы. Хотя его взаимодействие с самыми тяжелыми, топ- и боттом-кварками, уже подтверждено, связь с более легкими кварками, такими как очарованный, оставалась малоизученной. Ответ на вопрос, отвечает ли бозон Хиггса за массу кварков, из которых состоит вся обычная материя, до сих пор не был получен.
Сложность задачи заключается в том, что распад бозона Хиггса на два очарованных кварка — событие редкое и трудноуловимое. Кварки почти мгновенно порождают потоки других частиц, называемые «струями», что делает практически невозможным отличить струи от очарованных кварков от тех, что возникают от других типов частиц, с помощью традиционных методов.
Для решения этой проблемы ученые из коллаборации CMS (Compact Muon Solenoid) использовали нейронные сети. Одна из них, графовая нейросеть, была специально обучена на сотнях миллионов симулированных событий для точного распознавания «очарованных» струй. Другая, нейросеть-трансформер, аналогичная той, что лежит в основе ChatGPT, применялась для отделения подлинных событий с бозоном Хиггса от фонового «шума».
Анализ данных, собранных на БАК с 2016 по 2018 год, позволил команде CMS на 35% улучшить предыдущие ограничения на взаимодействие бозона Хиггса с очарованным кварком, что значительно сужает пространство для возможных отклонений от Стандартной модели. Ученые уверены, что с накоплением новых данных и дальнейшим совершенствованием методов анализа в ближайшие годы удастся напрямую наблюдать этот редкий распад, что станет важнейшим шагом к полному пониманию механизма генерации массы во Вселенной.
