Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.

CERN, Higgs Bozonunun Bozunumunu “İmkansız” Bir Avda Keskin Kenarlı Yapay Zekayı Kullanıyor

Higgs bozonu parçacıklara kütle verir, ancak daha hafif kuarklarla olan bağlantıları büyük ölçüde test edilmemiş durumdadır. CMS İşbirliği, üst kuark çiftleriyle üretilen nadir olaylarda, Higgs bozonunun charm kuarklara bozunumunu avlamak için ince jet izlerini ortaya çıkarmak üzere gelişmiş makine öğrenimi kullandı. Analiz, Higgs-charm etkileşimi hakkında şimdiye kadarki en güçlü sınırları koyarak Standart Model’in ne kadarını gizleyebileceğini daralttı. Kredi: Shutterstock

CMS, Higgs bozonunun charm kuarklara nadir bozunumlarını incelemek için makine öğrenimi kullandı. Yapılan arama, şimdiye kadarki en katı sınırları üretti.

İlk kez 2012’de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) gözlemlenen Higgs bozonu, parçacık fiziğinin Standart Model’inin temel taşıdır.

Etkileşimleri aracılığıyla, kuarklar gibi temel parçacıklara kütle kazandırır. Higgs bozonu ve en ağır “üçüncü nesil” kuarklar olan üst ve alt kuarklar arasındaki etkileşimler zaten doğrulandı ve Standart Model tahminleriyle uyumlu olduğu gösterildi.

Ancak, Higgs’in daha hafif kuarklarla nasıl etkileştiğini incelemek çok daha zorlu kalmaya devam ediyor. Charm kuark gibi “ikinci nesil” kuarklarla ve atomların çekirdeklerini oluşturan yukarı ve aşağı kuarklar gibi “birinci nesil” kuarklarla olan etkileşimleri büyük ölçüde test edilmemiş durumda. Bu, Higgs bozonunun gündelik maddeyi oluşturan kuarklara kütlesini vermekten sorumlu olup olmadığı sorusunu cevapsız bırakıyor.

CMS, İlk Charm Bozunumu Arama Sonuçlarını Açıkladı

Bu etkileşimleri araştırmak için fizikçiler, Higgs bozonunun LHC’deki yüksek enerjili proton-proton çarpışmalarında diğer parçacıklara nasıl bozunduğunu veya onlarla birlikte nasıl üretildiğini inceler. Yakın zamanda yapılan bir CERN seminerinde, CMS İşbirliği, Higgs bozonunun bir çift üst kuarkla birlikte üretildiği olaylarda iki charm kuarka bozunumunu araştıran ilk arama sonuçlarını sundu. Gelişmiş yapay zeka yöntemlerini uygulayan ekip, Higgs bozonunun charm kuarkla etkileşiminin gücü hakkında şimdiye kadarki en güçlü sınırlara ulaştı.

CMS dedektörü EndCap’ı açık konumda. Kredi: CERN

Bir Higgs bozonunu bir üst-kuark çiftiyle birlikte üretmek ve sonra onun iki kuarka bozunduğunu gözlemlemek, LHC’de hem nadir görülen bir olay hem de özellikle tanımlanması zorlu bir süreçtir. Kuarklar, neredeyse anında “jet” adı verilen hadronlardan oluşan dar püskürtüler oluşturur ve bunlar daha fazla bozunmadan önce yalnızca kısa bir mesafe kat eder. Bu da, Higgs bozunumlarındaki charm kuarklardan kaynaklanan jetleri diğer kuark türlerinden ayırmayı oldukça zorlaştırır. “Etiketleme” olarak bilinen geleneksel jet tanımlama teknikleri, charm jetleri tanımakta verimli değildir, bu da ayrıştırmayı iyileştirmek için daha sofistike yaklaşımlara duyulan ihtiyacı artırır.

CERN’de bir araştırma görevlisi olan Sebastian Wuchterl, “Bu arama, analiz tekniklerinde bir paradigma değişimi gerektirdi” açıklamasını yapıyor. “Charm kuarklar, alt kuarklardan daha zor etiketlendiği için, sinyali arka plan gürültüsünden ayırmak için en ileri makine öğrenimi tekniklerine güvendik.”

Jet Tanıma için Sinir Ağları

CMS ekibi, makine öğrenimi tekniklerini uygulayarak iki merkezi zorluğun üstesinden geldi. İlki, charm jetlerin tespit edilmesiydi ve bunun için özel olarak bu görev için tasarlanmış bir grafik sinir ağı kullanıldı. İkinci zorluk ise gerçek Higgs bozonu olaylarını arka plan çarpışmalarından ayırmaktı; bu da bir dönüştürücü (transformer) ağı ile halledildi – ChatGPT’nin temelini oluşturan model ailesiyle aynı olan bu ağ, burada metin üretmek yerine parçacık olaylarını sınıflandırmak için uyarlandı. Charm etiketleme sistemini eğitmek için araştırmacılar, algoritmanın charm jetleri çok daha yüksek hassasiyetle tanımlamasını sağlamak amacıyla yüz milyonlarca simüle edilmiş jet kullandı.

2016’dan 2018’e kadar toplanan verileri ve Higgs bozonunun charm kuarklara bozunumunun diğer süreçler yoluyla yapılan önceki arama sonuçlarıyla birleştiren CMS ekibi, Higgs bozonu ve charm kuark arasındaki etkileşim konusunda şimdiye kadarki en katı sınırları belirleyerek, önceki kısıtlamalara kıyasla yaklaşık %35’lik bir iyileşme raporladı. Bu, Standart Model tahmininden olası sapmalar üzerinde önemli sınırlamalar koymaktadır.

LHC’deki Sonraki Adımlar

Gent Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı Jan van der Linden, “Bulgularımız büyük bir adımı temsil ediyor” diyor. “Önümüzdeki LHC çalıştırmalarından gelecek daha fazla veri ve geliştirilmiş analiz teknikleri sayesinde, Higgs bozonunun charm kuarklarla etkileşimine dair doğrudan bir içgörü kazanabiliriz – bu birkaç yıl önce imkansız olduğu düşünülen bir görevdi.”

LHC veri toplamaya devam ettikçe, charm etiketleme ve Higgs bozonu olay sınıflandırmasındaki iyileştirmeler, nihayetinde CMS ve onun eş deneyi ATLAS’ın, Higgs bozonunun charm kuarklara bozunumunu doğrulamasına izin verebilir. Bu, tüm kuarkların kütlesinin oluşumunda Higgs bozonunun rolünün tam olarak anlaşılmasına yönelik büyük bir adım olacak ve 50 yıllık Standart Model için çok önemli bir test sağlayacaktır.

Kaynak. SciTechDaily
Haber Veriyoruz