CERN wykorzystuje sztuczną inteligencję, by dojść do wniosku, że równowaga materii i antymaterii już dawno została zachwiana.

Naukowcy z Europejskiego Ośrodka Badań Jądrowych (CERN) nie pozostali obojętni na boom sztucznej inteligencji (AI) i zaczęli wykorzystywać ją do analizy danych naukowych. Jednym z odkryć dokonanych przy użyciu tej nowoczesnej technologii jest to, że ilość materii i antymaterii we wszechświecie nie jest równa.

Od czasu odkrycia antymaterii naukowcy wierzyli, że wszechświat jest w równowadze, a ilość materii i antymaterii jest równa, co jest warunkiem wstępnym równowagi energii we wszechświecie. Wydaje się jednak, że ta podstawowa zasada jest błędna.

Naukowcy doszli do wniosku, że podczas Wielkiego Wybuchu 13,8 miliarda lat temu rzeczywiście powstały równe ilości materii i antymaterii. Wydaje się jednak, że równowaga sił w przyrodzie nie została zachowana przez cały ten czas, a ilość materii znacznie przewyższa ilość antymaterii.

Fizycy cząstek elementarnych próbowali wyjaśnić tę rozbieżność za pomocą Modelu Standardowego, ale wyjaśnienia nie przyniosły rezultatów, więc badanie tej asymetrii trwa nadal.

Czym jest mieszanie mezonów?

W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN naukowcy zaobserwowali mezony, subatomowe cząstki składające się z równej liczby kwarków i antykwarków, rozpadające się na lżejsze cząstki, zamieniające się w antymezony i z powrotem w procesie zwanym mieszaniem mezonów.

Naukowcy zastanawiali się, czy proces konwersji mezonów w antymezony różni się od procesu odwrotnego. Dlatego chcieli policzyć liczbę cząstek przed rozpadem i porównać ją ze stosunkiem w różnych momentach procesu mieszania.

Aby to osiągnąć, naukowcy z CERN musieli dokładnie zidentyfikować mezony od antymezonów w LHC. W tym celu zastosowali podejście o nazwie flavour tagging, które zostało wdrożone przy pomocy zaawansowanego algorytmu sztucznej inteligencji.

Dlaczego potrzebna była sztuczna inteligencja

Naukowcy z CERN wykorzystali algorytm sztucznej inteligencji do przetworzenia próbki zawierającej 500 000 rozpadów dziwnego pięknego mezonu na parę mionów i naładowanych kaonów. Mezon dziwnie piękny składa się z kwarka dziwnego i antykwarka dolnego, podczas gdy mion jest bardzo podobny do elektronu, ale waży 207 razy więcej. Kaon jest również rodzajem mezonu.

Algorytm sztucznej inteligencji wykorzystuje technikę zwaną grafową siecią neuronową. Może on dokładnie określić charakterystykę, zbierając informacje o cząstkach otaczających dziwny piękny mezon i tych, które z niego powstają.

Dane na temat 500 000 rozpadów pochodziły z przebiegu 2 LHC, które naukowcy następnie połączyli z danymi z przebiegu 1. Gdyby istniała symetria materii i antymaterii, wynik netto tych pomiarów powinien wynosić zero. Jednak wynik netto nie był zerowy i był podobny do przewidywań Modelu Standardowego.

Ponadto wyniki były zgodne z danymi z innych eksperymentów CERN, takich jak ATLAS i LHCb. W komunikacie prasowym zauważono również, że wyniki były dokładnie porównywalne z eksperymentami wykonanymi za pomocą LHCb, detektora zaprojektowanego do wykonywania precyzyjnych pomiarów.

Wyniki uzyskane z tych eksperymentów były również istotne statystycznie, ponieważ spełniały próg trzech sigma powszechnie stosowany przez naukowców. W komunikacie prasowym dodano, że jest to pierwszy dowód na naruszenie CP w rozpadzie dziwnego pięknego mezonu.