Абхирами Харилал, защитившая докторскую в Карнеги-Меллон, четыре года изучала в ЦЕРН способы применения машинного обучения для детектирования редких сигнатур частиц в Большом адронном коллайдере. Созданные ею алгоритмы для детектора CMS (Компактного мюонного соленоида) автономно отслеживают аномалии в данных с точностью, превосходящей предыдущие методы, в которых данные приходилось сравнивать вручную.

Всего около 5% Вселенной состоит из видимого вещества. Остальное — темная материя и темная энергия, обнаружить которые у ученых пока не получается. Физики ЦЕРН пытаются идентифицировать частицы темной материи, и со времени открытия бозона Хиггса в 2012 году эти поиски приобрели более интенсивный характер.

Харилал исследовала возможность распада бозона Хиггса на гипотетическую частицу А, которую теоретические модели связывают с темной материей. При помощи вычислительных инструментов она смоделировала тысячи столкновений частиц, что повысило чувствительность эксперимента к частицам с необычными сигнатурами.

В другом исследовании ученые из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби показали, что ИИ может самостоятельно воспроизводить фундаментальные принципы физики частиц. Авторы показали, что относительно простые алгоритмы, обученные на экспериментальных данных 1950–60-х годов, идентифицировали организационные принципы, стоящие за десятками частиц, без всякого предварительного знания математического аппарата, который использовали физики.

ИИ воспроизвел барионное число, изоспин, очарование, а также «Восьмеричный путь» (схему классификации сильновзаимодействующих элементарных частиц). Кроме того, он обнаружил траектории Редже, отношения массы частицы к ее спину.

«Это исследование показывает, что ИИ может выявлять глубинные физические законы непосредственно из данных, открывая возможности для обнаружения новых частиц и закономерностей, которые могли быть упущены людьми», — говорится в работе.

Оба исследования приходятся на то время, когда детектор CMS оснащается новым таймером с точностью 30 пикосекунд, предназначенным для разделения быстрых частиц и медленных кандидатов в темную материю. Вместе они отражают общий сдвиг в методах анализа данных БАК в сторону ИИ.

Недавно эксперимент CMS на Большом адронном коллайдере впервые подтвердил существование топония — связанного состояния топ-кварка и его античастицы. Результат, полученный с использованием нового метода реконструкции событий с одним лептоном, имеет статистическую значимость более пяти стандартных отклонений, что соответствует порогу открытия в физике высоких энергий.