Российский искусственный интеллект помог открыть неуловимую частицу на Большом адронном коллайдере

Нейронная сеть, разработанная российскими специалистами, при обработке данных с самого большого в мире ускорителя совершила то, что считалось невозможным. С её помощью была открыта частица, которую физики никогда ещё не получали экспериментально и не надеялись зафиксировать на БАК.

Достижение описано в научной статье, направленной в журнал Physical Review Letters. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

Речь идёт об омега-барионах в возбуждённом состоянии. Омега-барион состоит из одного прелестного (beauty, или b-) кварка и двух странных (strange, или s-) кварков. Так что в новой частице, можно сказать, соединились странность и прелесть. Её энергия больше, чем минимально возможная для омега-бариона, поэтому физики и говорят о возбуждённом состоянии.

Напомним, что Большой адронный коллайдер сталкивает между собой протоны, разогнанные почти до скорости света. В этих столкновениях рождаются самые разные частицы. Те из них, что рождаются сколько-нибудь часто, уже досконально изучены. Поэтому физикам интересны частицы, которые образуются редко.

Что такое в данном случае "редко" и "часто"? На каждые десять миллиардов запущенных навстречу друг другу протонов сталкиваются считанные единицы частиц. Это не должно удивлять, ведь попасть протоном в летящий навстречу ему протон – задача потруднее, чем сбить пулю встречной пулей. Вероятнее всего, "снаряды" просто разминутся.

К счастью, физики запускают в туннель столько протонов, чтобы наблюдать десятки миллионов (!) столкновений в секунду. И даже при этом рождения некоторых редких частиц приходится ждать буквально годами.

Поиск такого драгоценного события среди множества фоновых и неинтересных – задача, после которой отыскать иголку в стоге сена покажется детской забавой. Разумеется, с этим невозможно справиться вручную.

Поэтому учёные используют специальные компьютерные программы – триггеры. Эти алгоритмы просеивают огромный поток первичных данных и отбирают самые интересные для анализа события, которых уже не десятки миллионов, а тысячи в секунду. Затем эстафету подхватывают другие программы. В конце концов получается результат, который большая команда специалистов может обработать за разумное время.

Возбуждённые омега-барионы рождаются так редко, что физики не надеялись выловить их из массы фоновых событий с помощью хоть какого-нибудь триггера. Однако творение специалистов из Высшей школы экономики и компании "Яндекс" превзошло все ожидания.

"Этот триггер основан на машинном обучении, – говорит Денис Деркач из Высшей школы экономики. Андрей Устюжанин (заведующий лабораторией методов анализа больших данных ВШЭ – прим. ред.) и его аспиранты взяли [алгоритм] МатриксНет, на котором основан поиск Яндекса, и с его помощью предложили новое решение, которое дало возможность записывать эти данные более эффективно".

Практически все используемые на БАК триггеры основаны на искусственном интеллекте. Однако разработка наших соотечественников выделяется из этого ряда.

"Оно [решение] записывает не конкретные распады, не конкретную физику, а группу распадов, которая может быть [нам] интересна. Плюс этого подхода ещё и в том, что мы эти распады можем искать широким поиском. Ведь если мы будем искать пентакварки, то найдём только пентакварки. А тут мы можем искать сразу множество разных новых частиц и явлений", – объясняет Деркач.

Проанализировав данные, собранные за несколько лет, учёные выявили четыре события, в которых рождалась неуловимая частица. Достоверность их обнаружения составляет пять сигм ("Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) объясняли, что это такое). Напомним, что такой уровень достоверности является золотым стандартом для физики элементарных частиц и позволяет с уверенностью говорить об открытии.

Во всех четырёх случаях масса частицы совпала с прогнозом Стандартной модели (около 6,3 гигаэлектронвольта). Так что прорыва в новую физику и на этот раз не случилось. Зато учёные в очередной раз убедились, что они действительно хорошо понимают, как устроен мир элементарных частиц.