Российские ученые помогли выявить новый вид элементарных частиц
Ученые, входящие в коллаборацию LHCb объявили, что в эксперименте на Большом адронном коллайдере ими зафиксированы частицы, которых раньше не получали экспериментально — возбужденные "прелестные" омега-барионы. Выделить их среди прочих осколков протонов позволил алгоритм, созданный российскими учеными. Описание открытия, которое будет опубликовано в журнале Physical Review Letters, выложено в открытом доступе на arXiv.org.
LHCb — один из четырех основных экспериментов Большого адронного коллайдера (БАК), направленный на изучение асимметрии материи во взаимодействиях b-кварков, название которых происходит от английского "beauty", поэтому на русском их еще называют прелестными кварками.
Несмотря на то, что эксперименты на БАКе закончились больше года назад, процесс обработки данных продолжается. Для того чтобы среди огромного количества частиц, образующихся при столкновениях протонов, обнаружить что-то новое и ранее неизвестное, нужны специальные алгоритмы обработки — триггеры, которые срабатывают на определенные характеристики событий.
Триггеры, использующие методы машинного обучения, объединяются в цепочки, отбирая из первоначального потока событий (около десяти миллионов в секунду) только те, что могут представлять интерес для последующего анализа (порядка десяти тысяч в секунду). В частности, для обнаружения прелестной омеги использовался так называемый топологический триггер, который отбирает только те события, что приводят к появлению частиц с b-кварками.
Основой для его разработки послужил поисковый алгоритм Яндекса, который сотрудники лаборатории методов анализа больших данных Высшей школы экономики адаптировали под условия эксперимента.
"Долгое время считалось, что БАК не предназначен для подобных открытий, — приводятся в пресс-релизе ВШЭ слова Дениса Деркача, старшего научного сотрудника лаборатории, — что эти частицы будут погребены под большим количеством шума, который будет зарегистрирован детектором, и это, с учетом малой вероятности рождения [таких частиц], не позволит совершить открытие. И вот эксперимент LHCb, использовав прецизионную систему триггеров, смог с этим предрассудком справиться".
Разработчики предложили новое решение, позволяющее фиксировать не все распады, а только ту группу распадов, которая интересна ученым. В итоге были обнаружены четыре омега-бариона Ω-b в возбужденном состоянии. В отличие от стандартной омеги, состоящей из трех s-кварков, у прелестной омеги один из них заменен b-кварком. Это первый случай экспериментального обнаружения таких частиц. Возбужденное состояние означает, что все четыре частицы имели энергию выше минимальной для своей конфигурации.
Масса зарегистрированных частиц примерно в шесть раз тяжелее протона — около 6,3 ГэВ, что соответствует теоретическим предсказаниям и укладывается в Стандартную модель.
"В первую очередь это проверка того, чем мы занимаемся все эти годы, — говорит Федор Ратников, старший научный сотрудник лаборатории методов анализа больших данных ВШЭ. — Мы хотим найти что-то новое, но все время оказывается, что та модель, что у нас есть, достойно предсказывает результаты и этих, новых измерений".