Mengubah peraturan permainan untuk eksperimen pelanggar masa hadapan, Akademi Sains China dan Universiti Peking membangunkan teknologi pengenalan sumber suntikan dipacu AI

Rajah skematik peristiwa suntikan dwi yang disimulasikan dalam Penggiling Positron Elektron Pekeliling (CEPC). (Sumber: Institut Fizik Tenaga Tinggi, Akademi Sains China)

Editor|Ziluo

Kuar dan gluon ialah zarah asas dalam model fizik zarah piawai Tidak seperti elektron atau foton, kuark dan gluon tidak boleh bergerak bebas dalam ruang dan masa dan hanya boleh diikat menjadi zarah komposit seperti proton atau neutron.

Kuark atau gluon bertenaga tinggi yang dihasilkan dalam eksperimen collider akan ditukar kepada sejumlah besar zarah akhir melalui interaksi yang kompleks, yang akan dikeluarkan pada sudut yang lebih kecil di sepanjang arah gerakan quark atau gluon asal, ini fenomena dipanggil suntikan.

Baru-baru ini, pasukan Ruan Manqi dari Institut Fizik Tenaga Tinggi, Akademi Sains China, pasukan Zhou Chen dari Universiti Peking dan penyelidik Qu Huilin dari CERN telah mencadangkan teknologi pengenalan sumber jet. Teknologi ini boleh meningkatkan dengan ketara keupayaan penemuan saintifik bagi eksperimen collider bertenaga tinggi.

Menggabungkan algoritma pembinaan semula aliran zarah berprestasi tinggi asal Arbor dan teknologi kecerdasan buatan termaju ParticleNet, pasukan penyelidik membangunkan teknologi pengenalan sumber suntikan yang cekap. Dengan menangkap perbezaan kecil antara jenis jet yang berbeza, teknologi ini secara serentak dan cekap boleh membezakan sebelas jet berbeza yang dihasilkan oleh lima jenis quark (atas, bawah, pelik, daya tarikan, dan bawah), lima jenis antiquark dan gluon .

Teknologi ini boleh membantu saintis mengukur dengan tepat interaksi antara zarah, kuark dan gluon yang berbeza, dan menangkap beberapa isyarat pereputan zarah Higgs yang sangat lemah. Teknologi ini boleh meningkatkan ketepatan ukuran fizikal utama pada pelanggar masa hadapan dengan susunan magnitud, dengan ketara mengembangkan keupayaan penemuan saintifik peranti saintifik yang besar.

Pengulas menilainya sebagai "prestasi pengenalan terbaik dunia", "mengubah peraturan permainan", dan "mencipta visi baharu untuk pengukuran yang tepat dalam eksperimen pelanggar masa hadapan".

Kajian itu bertajuk "Pengenalpastian Asal Jet dan Aplikasinya di Kilang Electron-Positron Higgs" dan diterbitkan dalam "Surat Kajian Fizikal" pada 31 Mei 2024.

Pautan kertas: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.221802

Suntikan boleh dihasilkan dalam kuantiti yang banyak dalam percubaan perlanggaran tenaga tinggi yang mengenal pasti dengan tepat ialah, sumber suntikan Apakah jenis quark atau gluon yang sangat penting untuk menemui dan memahami undang-undang fizikal di sebalik kotak collider. Walau bagaimanapun, jet yang dihasilkan oleh quark dan gluon yang berbeza sangat serupa dalam konfigurasi, dan sangat sukar untuk mengenal pasti asal usul jet dengan tepat.

Ilustrasi: Paparan acara untuk acara ?+⁢?−→?⁢¯?⁢?→?⁢¯?⁢?⁢? (√?=240 GeV) yang disimulasikan dan dibina semula menggunakan pengesan garis dasar CEPC. (Sumber: kertas)

Pengenalpastian asal usul jet

Latar belakang

Untuk meningkatkan keupayaan penemuan saintifik eksperimen pelanggar tenaga tinggi, penyelidik telah mencadangkan konsep pengenalpastian asal jet kepada perkara berikut dan jenis :

• Lima jenis quark: a, b, s, u, d
• Lima jenis antiquark: a¯, b¯, s¯, u¯, d¯
• gluon

Kepentingan

Pengenalpastian sumber jet yang berjaya adalah penting untuk fizik zarah eksperimen di sempadan tenaga, seperti Large Hadron Collider, kerana ia boleh mengurangkan latar belakang besar dalam proses kromodinamik kuantum (QCD) dengan berkesan.

Kaedah

Penyelidik menggunakan simulasi berasaskan GEANT4 (dipanggil simulasi penuh) untuk melaksanakan konsep pengenalan asal suntikan dalam acara fizik di Kilang Electron-Positron Higgs, masa depan Keutamaan tertinggi untuk projek collider. Penyelidik telah membangunkan alat perisian seperti Arbor dan ParticleNet untuk pembinaan semula peristiwa aliran zarah dan pengenalan sumber suntikan.

Prestasi

Kajian ini menunjukkan prestasi diskriminasi asal jet menggunakan matriks kekeliruan 11 dimensi (M11), yang menunjukkan prestasi penanda "rasa" jet dan ukuran cas jet.

Ilustrasi: Keseluruhan prestasi diskriminasi asal suntikan menggunakan matriks kekeliruan 11 dimensi M11. (Sumber: Kertas) Penyelidik menggunakan pengenalan asal jet untuk pengukuran pereputan boson Higgs yang jarang dan eksotik di bawah senario operasi Higgs nominal CEPC. Adegan ini dijangka akan berada dalam

GeV での積分光度 20 ab^−1 では、4 × 10^6 ヒッグス粒子を蓄積できます。稀な崩壊 H → ss￣、uu￣、dd￣ とフレーバー変化ニュートラルフロー (FCNC) の崩壊 H → sb、ds、db および uc が分析されます (sb は sb￣ または s￣b、ds、db およびUCも同様です）。

これら 7 つのプロセスの上限を 10^−3 から 10^−4 の範囲で導き出します。標準モデルでは、H→ss￣工程の予測分岐率は2.3×10^−4であり、導出される上限は標準モデルの予測の3倍に相当します。 H → uu￣ および dd￣ の分岐比は 10^−6 未満であると予想されますが、上記の FCNC プロセスの分岐比はループの寄与に基づいて 10^−7 未満であると予想されます。

図: インジェクションフレーバーのラベリング効率とチャージフリップレート。 (出典: 論文)

この技術は、科学者に将来の衝突型加速器での科学的探査のための強力な新しいツールを提供し、また、射出生成プロセスに含まれる複雑な情報が高度な人工知能アルゴリズムを使用して理解および処理できることを証明します。

将来的に、科学研究チームは、より広く深い科学問題への人工知能技術の応用をさらに研究する予定です。

論文リンク: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.221802

参考コンテンツ:

https://phys.org/news/2024-06-ai-powered-jet -identification-technology.html

https://www.ccnta.cn/article/17151.html

Atas ialah kandungan terperinci Mengubah peraturan permainan untuk eksperimen pelanggar masa hadapan, Akademi Sains China dan Universiti Peking membangunkan teknologi pengenalan sumber suntikan dipacu AI. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!