Нейросеть помогла обнаружить редчайшие события ядерной физики

Обычная, или барионная материя состоит из атомов, ядра которых состоят из протонов и нейтронов. Эти частицы, известные как адроны, состоят из более фундаментальных строительных блоков — кварков. Сильное ядерное взаимодействие связывает адроны вместе, поддерживая хрупкое равновесие, которое одновременно притягивает их друг к другу и удерживает на достаточном расстоянии, чтобы предотвратить коллапс. Понимание происхождения этой силы имеет решающее значение для объяснения того, как возникло первое вещество во Вселенной.

Для углубленного изучения этой силы ученые исследуют гиперядра — ядра атомов, содержащие гипероны, то есть, частицы, включающие странный кварк. В крайне редких случаях два гиперона оказываются связаны внутри одного ядра, образуя двойное лямбда-гиперядро. Эти системы позволяют исследователям напрямую измерить взаимодействие между двумя лямбда-частицами и поведение ядер в присутствии странных кварков. Кроме того, эти знания необходимы для понимания свойств вещества при экстремальных плотностях, наблюдаемых в нейтронных звездах, где, как ожидается, существуют гипероны.

Обнаружение двойных лямбда-гиперядер долгое время оставалось сложной задачей — они очень редко образуются и демонстрируют сложные структуры распада, https://www.eurekalert.org/news-releases/1110782 EurekAlert. В ходе эксперимента J-PARC E07 было собрано большое количество данных образования и распада гиперядер. Однако проанализирована была лишь очень небольшая их часть, поскольку традиционные методы требуют много времени и трудозатрат.

Группа исследователей под руководством физиков из Научно-исследовательского института RIKEN (Япония) разработала нейросеть, которую обучила распознавать слабые признаки событий двойной странности. В итоге исследователи смогли автоматически извлекать изображения, указывающие на потенциальное образование и распад двойных лямбда-гиперядер. После детального изучения этих событий под микроскопом выяснилось, что одно из них соответствует характеристикам двойного лямбда-гиперядра бора-13 (13ΛΛB), в котором две лямбда-частицы связаны с ядром бора-11.

Это лишь второе однозначное наблюдение двойного лямбда-гиперядра в истории и первое подобное открытие почти за 25 лет. Более того, это первый случай, когда взаимодействие двух лямбда-частиц было найдено не в ядре атома гелия.

Следует подчеркнуть, что этот прорыв был достигнут путем анализа всего 0,2% от общего объема данных об эмульсиях из эксперимента J-PARC E07. Исходя из этого, исследователи предполагают, что в полном наборе может содержаться свыше 2000 событий двойной странности, ждущих открытия.

Команда планирует продолжить совершенствование своих методов анализа на основе глубокого обучения и расширить поиск, чтобы выявить поведение лямбда-частиц в других ядрах, а также взаимодействия между кси-гиперонами и атомными ядрами.

Команда физиков из Австрии и других стран разработали элегантный подход к созданию экзотических квазичастиц энионов в одномерной системе ультрахолодных атомов. Первое превращение бозонов в одномерные энионы стало открытием, которое не только меняет наше понимание квантовой материи, но и открывает новые возможности для квантовых технологий.