O echipă de fizicieni care include cercetători de la Universitatea Michigan a raportat o sensibilitate record în identificarea unei interacțiuni extrem de rare din datele Marelui Accelerator de Hadroni (LHC), cel mai puternic accelerator de particule din lume, operat de CERN. Folosind un algoritm avansat de inteligență artificială, echipa a reușit să depisteze semnăturile care ar putea dezvălui modul în care bosonul Higgs — particula fundamentală ce explică modul în care particulele subatomice au masă — interacționează cu el însuși. Rezultatele au fost prezentate în august la Conferința Internațională de Fizica Energiilor Înalte de la Natal, Brazilia, și publicate ca articol pe serverul de preprinturi arXiv.
- Analiza este descrisă drept cea mai sensibilă din lume la acest tip specific de fizică.
- Noua metodă este de aproximativ 60 de ori mai sensibilă decât primele rezultate din acest domeniu și cu circa 65% mai bună decât predecesorul imediat.
- Evenimentele căutate — producerea a doi bosoni Higgs într-o singură coliziune — apar aproximativ o dată la un trilion de coliziuni.
Ce au reușit cercetătorii
Semnăturile pe care le urmărește echipa apar în urma ciocnirii a două fascicule de protoni accelerate până aproape de viteza luminii. Din această agitație cuantică rezultă o avalanșă de particule noi, multe dintre ele instabile, care se dezintegrează înainte de a putea fi observate direct. Unele particule rezultate însă — electroni, verii lor mai grei numiți muoni și fotonii — generează un semnal în experimentul ATLAS.
Uneori, o singură coliziune proton-proton ar trebui să producă doi bosoni Higgs, ceea ce oferă oportunitatea de a studia auto-interacțiunea particulei. „Este singura cale de a avea acces la ea în acest moment”, a explicat Greg Myers, cercetător în Departamentul de Fizică al Universității Michigan.
„Se întâmplă poate o dată la un trilion de coliziuni. Dacă ceva este atât de rar, cel mai bun mod de a-l găsi este să încerci de un trilion de ori și atunci va apărea o dată”, a spus doctorandul Tamas Baer.
Pentru a extrage acest semnal dintr-un ocean de date, Baer și Myers au dezvoltat un nou tip de rețea neuronală de tip graf — un algoritm de învățare automată menit să separe evenimentele căutate de miliardele de evenimente de fundal. Proiectul a folosit toate datele din Run 2 al LHC (2015–2018) și din primii doi ani ai Run 3 (2022 până în iunie), perioadă în care experimentul genera aproximativ 30 de milioane de coliziuni pe secundă.
De ce contează pentru înțelegerea universului
Pentru a înțelege miza, merită amintit contextul. Standardul Model al fizicii particulelor este cea mai completă descriere de care dispunem asupra particulelor și forțelor fundamentale. Bosonul Higgs, prezis teoretic cu decenii înainte de a fi observat, a fost confirmat abia în 2012 de două experimente independente ale LHC, ATLAS și CMS. Un an mai târziu, teoreticienii François Englert și Peter Higgs au primit Premiul Nobel pentru Fizică.
De la descoperire, fizicienii au putut începe să studieze cum funcționează particula. Modul în care Higgs interacționează cu el însuși rămâne însă un mister-cheie. „Este cam ultimul lucru mare rămas pe masă”, a spus profesorul Tom Schwarz, care lucrează la această analiză de un deceniu. „Înțelegerea lui ne va spune foarte multe nu doar despre cum funcționează lumea subatomică, ci și despre cum funcționează universul.”
Concret, aceasta înseamnă că rezultatul măsurătorii ar putea indica existența unei fizici încă nedescoperite dincolo de Standardul Model sau ar putea sugera că universul este mai mult ori mai puțin stabil decât credem în prezent.
Ce urmează
Progresul reflectă și un drum lung de cercetare: noua analiză este de aproximativ 60 de ori mai sensibilă decât primele rezultate obținute în acest domeniu, la care Universitatea Michigan lucrează încă din 2010, prin Bing Zhou și Jianming Qian, potrivit lui Schwarz. Îmbunătățirea de circa 65% față de metoda precedentă arată cât de mult pot ajuta tehnicile moderne de calcul la extragerea informației din datele deja colectate.
Următorul pas major este finalizarea modernizării LHC, așteptată peste aproximativ patru ani. Aceasta ar urma să ofere mai multe date și mai multă putere experimentelor care încearcă să sondeze auto-interacțiunea Higgs. Pentru cercetători, perfecționarea instrumentelor analitice acum înseamnă că vor putea valorifica la maximum atât datele actuale, cât și cele viitoare ale celui mai puternic accelerator de particule din lume.
Credeți că inteligența artificială va deveni instrumentul decisiv pentru marile descoperiri din fizica particulelor? Spuneți-ne părerea în comentarii.
