AZ 
Maşın öyrənməsi Higgs bozon ailəsində əlavə hissəciklərin axtarışını daraldır
Hindistan Texnologiya İnstitutu tərəfindən Qandinaqar
Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Kredit: Hindistan Texnologiya İnstitutu, Qandinaqar
Bəs 2012-ci ildə tapılan Hiqqs bozonu tək deyilsə, indiyə qədər rastlaşdığımız yeganə qardaşıdırsa, necə olar? CERN-dəki alimlər həmin il hissəciyi kəşf etdilər və bu, digər hissəciklərin necə kütlə qazandığını izah etdiyi üçün böyük bir kəşf idi. Uzun müddət alimlər bunun tapmacanın son hissəsi olduğunu düşünürdülər.
Onların gördüyümüz hər şeydəki ən kiçik hissəcikləri təsvir edən Standart Model adlı bir çərçivəsi var. Buraya atomlardakı elektronlar və fotonlar adlanan işıq hissəcikləri daxildir. Lakin bu çərçivə hər şeyi izah etmir. Bu, bizə qaranlıq maddə və ya kainatın niyə antimaddədən daha çox maddəyə sahib olduğunu izah etmir. Bu, dünyanın yalnız yarısını göstərən bir xəritəyə sahib olmaq kimidir.
Hiqqs bozonunun kəşfi yeni suallar yaratdı. Bir çox fizik tapdığımız Hiqqsin öz növündə yeganə olub-olmadığını düşünməyə başladı. Onlar kainatda gizlənən bu hissəciklərdən daha böyük bir ailənin olub-olmadığını soruşmağa başladılar. Bu ailənin daha çox üzvünü tapsaq, nəhayət ki, mövcud çərçivənin əldən verdiyi təbiət hissələrini başa düşə bilərik.
Üç Higgs təklifi
Bu ideya, IIT Gandhinagar tədqiqatçılarının son iki tədqiqatının mərkəzindədir. Onlar Harish-Chandra Tədqiqat İnstitutunun (HRI) mütəxəssisləri ilə birlikdə bu sahələrin yalnız bir deyil, üç növünün olduğu bir nəzəriyyəni araşdırdılar.
IIT Gandhinagar komandasına fizika üzrə fəlsəfə doktoru Akshat Khanna; fizika üzrə dosent Baradhwaj Coleppa; kompüter elmləri və mühəndisliyi üzrə dosent Nipun Batra və fizika üzrə fəlsəfə doktoru Gokul B. Krishna daxil idi. Onlar tapıntılarını dərc etdilər və işlərini Durham Universitetində keçirilən beynəlxalq PASCOS konfransında paylaşdılar.
Onların Physical Review D jurnalında dərc olunmuş ilk tədqiqatı , minlərlə ehtimalı çeşidləmək və təməlini qoymaq üçün aktiv təlim adlanan maşın öyrənmə metodundan istifadə etmişdir.
“The European Physical Journal” jurnalında dərc olunmuş ikinci tədqiqatda gələcək hissəciklər toqquşdurucusunun bu yeni ailə üzvlərini necə aşkar edə biləcəyi araşdırılıb. Məqalələr birlikdə gələcək elmi təcrübələr üçün daha yaxşı xəritə təqdim edir.
Sahələr işi necə bölür
Onların işini başa düşmək üçün Higgs sahəsini kainatın əsas tikinti bloku kimi təsəvvür edin. Standart çərçivədə bu bloklardan yalnız biri var. Kainat təkamül etdikcə, bu sahə ilə qarşılıqlı təsirlər ətrafımızdakı hər şeyi təşkil edən bütün hissəciklərə kütlə verirdi. Bu, geridə bir Higgs hissəciyi qoyur.
Yeni nəzəriyyə üç fərqli tikinti blokunun olduğunu göstərir. Bu o deməkdir ki, bir neçə yeni növ hissəcik olacaq. Bəzilərində elektrik yükü ola bilər, digərlərində isə əvvəllər heç görmədiyimiz şəkildə davranmaq olar.
Hər blok həmçinin fon dəyərini daşıyır — boş məkanda belə sahənin gücü — və bir blok əvəzinə üç blokla sahələr bir-biri ilə qarışa bilər. Nəticədə, Standart Modeldə mövcud olmayan və hazırda təcrübələrdə axtarılan yüklü Hiqqs bozonları da daxil olmaqla, Hiqqs hissəciklərinin daha zəngin bir kolleksiyası yaranır.
Bu spesifik model tez-tez demokratik nəzəriyyə adlanır, çünki üç tikinti bloku müxtəlif maddə növlərinə kütlə vermək işini bölüşür. Bir blok elektron kimi hissəciklərə nəzarət edir. Digər blok müəyyən bir kvark dəstini, üçüncü blok isə başqa bir dəsti idarə edir.
Əgər bu tikinti bloklarının hamısı eyni maddə növləri ilə sərbəst qarşılıqlı təsir göstərsəydi, təcrübələrdə heç vaxt görülməmiş qəribə reaksiyalara səbəb ola bilərdi. Hər bloka müəyyən bir tapşırıq verməklə nəzəriyyə artıq doğru olduğunu bildiyimiz şeylərlə uyğun qalır.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Məşhur Higgs-i uyğunlaşdırmaq
Tədqiqatdakı vacib fikirlərdən biri yeni hissəciklərdən hansının artıq tapdığımız hissəcik olduğuna qərar verməkdir. Hazırkı Hiqqs bozonunun kütləsini bildiyimiz üçün onu yeni ailəyə uyğunlaşdırmalıyıq. Bu, ən yüngül hissəcik və ya orta hissəcik ola bilər.
Hətta ən ağır üzv də ola bilər. Bu fərqli tənzimləmələr ailənin qalan hissəsinin görünüşünü dəyişdirir. Tədqiqatçılar ən son elmi məlumatlara görə hansının ən məntiqli olduğunu görmək üçün bu ssenarilərin hər birini araşdırdılar.
Modeldəki hər bir parametr dəsti etibarlı hesab edilməzdən əvvəl bir neçə ciddi sınaqdan keçməlidir. Sistemin enerjisi sabit qalmalıdır ki, çökməsin. Proqnozlar həmçinin hissəcik toqquşdurucularında keçmiş təcrübələrin məlumatları ilə uyğun gəlməlidir.
Ən əsası, artıq kəşf etdiyimiz Hiqqs hissəciyi müşahidələrimizdə olduğu kimi görünməli və hərəkət etməlidir. Yeni hissəciklər artıq doğru olduğunu sübut etdiyimiz fizika qanunlarına müdaxilə edə bilməz. Bu, nəzəriyyənin reallığa əsaslanmasını təmin edir.
Koleppa izah edir ki, “Bu modelin eksperimental müşahidələrlə uyğun gələ biləcəyi bir çox nəzəri ehtimallar mövcuddur. Bizim vəzifəmiz bu ehtimalları ən ümumi və əhatəli şəkildə sınaqdan keçirməkdir.”
Axtarışın harada qazılacağını öyrətmək
Problemin ölçüsü də elə buradaca gülməlidir. Təsəvvür edin ki, hər siferblat fərqli bir parametrə çevrilmiş 14 fərqli siferblatdan ibarət stolüstü oyun. Yalnız bir siferblatı yandırıb-söndürsəniz, artıq 2 14 və ya 16.000-dən çox kombinasiya əldə edəcəksiniz.
Lakin bu düymələr sadə açma-söndürmə düymələri deyil; hər biri müəyyən bir diapazonda istənilən dəyərə, məsələn, işıq düyməsi əvəzinə səs düyməsinə təyin edilə bilər. Bu oyunu düzgün şəkildə xəritələşdirmək üçün komanda kütlə və bucaq parametrlərinin 600 milyard təsadüfi kombinasiyası yaratdı və hər birini qaydalara uyğun olaraq sınaqdan keçirdi.
Bu 600 milyard cəhddən yalnız kiçik bir hissəsi bütün sınaqlardan sağ çıxa bildi. Hər birini ənənəvi üsullarla, bir-bir yoxlamaq, bank seyfində mümkün olan bütün kombinasiyaları əllə sınamaq kimi olardı.
Bütün bu 14 yığımlı axtarış məkanını geniş, dumanlı bir çimərlik kimi təsəvvür edin, orada bir neçə vacib sikkə qumun içində basdırılıb. Hər yerə siqnal verən metal detektoru faydasız olardı; siz əbədi olaraq qazacaqsınız. Tədqiqatçıların istifadə etdiyi aktiv öyrənmə adlanan hiylə, artıq qazdığı yerdən öyrənən daha ağıllı bir detektora daha yaxındır. O, kiçikdən başlayır, bir neçə təsadüfi yeri qazır və hansının sikkələri tapdığını izləyir.
Bir neçə dövrədən sonra təsadüfi qazmağı tamamilə dayandırır. Qumda kobud bir xətt görməyə başlayır: Bir tərəfdə sikkələr peyda olmağa davam edir, digər tərəfdə isə heç nə. Elə həmin xətt boyunca da təəccüblənir.
Beləliklə, o, növbəti dəfə orada qazır, hər yeni çuxur xəttin harada keçdiyini dəqiq şəkildə hiss edir, ta ki çimərliyin əksər hissəsinə toxunmadan bütün sərhədin inamlı xəritəsini əldə edənə qədər. Son təhlükəsizlik yoxlaması olaraq, ümidverici kimi qeyd etdiyi hər şey, sadəcə yalançı həyəcan siqnalı olmadığından əmin olmaq üçün əl ilə qazılırdı.
Bu ağıllı axtarışla kor-koranə qazmanın əvəz edilməsinin nəticəsi dramatik oldu: Əvvəllər təxminən dörd saat çəkən analiz indi təxminən 10 dəqiqə ərzində aparıla bilərdi və yol boyu heç bir real hissəcik qaçırılmadı.
Batra izah edir ki, “Hər məlumat nöqtəsi maşın öyrənmə modelini öyrətmək üçün eyni dərəcədə məlumatverici deyil. Aktiv öyrənmə, modelin daha səmərəli öyrənməsinə imkan verən kiçik, lakin yüksək məlumatlandırıcı məlumat alt dəstini seçməklə bunu həll edir.”
Üç mümkün ailə ağacı
Axtarış başa çatdıqdan sonra komandanın aydın xəritəsi var idi və məlum oldu ki, üç Hiqqs bozonundan ibarət ailə, artıq bildiyimiz 125 GeV Hiqqsin ən kiçik, orta və ya ən böyük qardaş-bacı olmasından asılı olaraq üç fərqli şəkildə düzülə bilər.
Birinci düzülüşdə, məlum olan Higgs, üçünün ən gənci və ən yüngülüdür. Burada model yaxşı davranışlıdır. Onun daha ağır iki qardaşının təxminən 350 ilə 580 GeV arasında çəkidə olacağı proqnozlaşdırılır ki, bu da artıq tapdığımız Higgslərdən bir neçə dəfə ağırdır.
Görünür, təbiətin keçmiş təcrübələrin əli çatmayan bir yerdə gizlənən daha böyük bacı-qardaşlara sahib olmasına icazə verilir, amma heç bir ağırlıq kifayət deyil; onlar bu xüsusi pəncərənin içinə düşməlidirlər.
Ən maraqlı dönüş, məlum olduğumuz Hiqqzin orta uşaq olduğu ikinci düzülüşdən gəlir. Bu düzülüş sakitcə diqqətəlayiq bir şeyə imkan verir: hələ heç kimin aşkar etmədiyi, ehtimal ki, 82 GeV qədər yüngül olan ikinci, daha yüngül Hiqqz bozonu.
Məsələ burasındadır ki, bu hissəcik görünməz olardı; məsələ burasındadır ki, o, digər hissəciklərlə kifayət qədər fərqli şəkildə qarşılıqlı təsir göstərə bilər ki, artıq əlimizdə olan məlumatlar daxilində gizlənə bilsin. Bu, bütün tədqiqatın əsas nəticəsidir. Hiqqs bozonunun tarix kitablarında Standart Modeli tamamladığı qeyd ediləndən daha yüngül olan bir qardaşı tamamilə masada qalır.
Üçüncü tənzimləmə təbiətin veto qoyduğu yeganə tənzimləmədir. Burada məlum olan Hiqqz bozonları ən qədimi, üçünün ən ağırı olmalıdır ki, bu da 125 GeV-dən daha yüngül iki kəşf edilməmiş Hiqqz bozonunun ətrafında üzdüyü anlamına gəlir. Kağız üzərində bu, orta yaşlı uşaq hadisəsi qədər həyəcanverici səslənir. Lakin komanda bu ssenarini bütün sınaqlardan keçirəndə uğursuz oldu.Qrafiklərdə parametr fəzasının icazə verilən bölgələri yaşıl rənglə vurğulanmışdır. Mənbə: Hindistan Texnologiya İnstitutu Qandinaqar, Hindistan.
Ov üçün daha təmiz maşın
İkinci məqalədə bu gizli hissəcikləri necə tapa biləcəyimizə baxılır. Tədqiqatçılar Beynəlxalq Xətti Toqquşdurucu adlanan təklif olunan bir maşın üzərində dayanıblar. Bu maşın tədqiqat üçün çox təmiz bir mühit yaratmaq üçün kiçik hissəcikləri toqquşduracaq. Bu maşın, bu gün istifadə etdiyimiz maşınlardan fərqlidir, çünki alimlərə toqquşmaların nəticələrini daha aydın görməyə imkan verir.
Komanda, gələcək maşının yeni Higgs ailəsi üzvlərini laboratoriya şəraitində istehsal edə biləcəyi bir neçə yolu araşdırdı.
Tədqiqatçılar yeni hissəcikləri aşkar etmək üçün bir neçə ümidverici yol tapdılar. Maşın hissəciklərlə toqquşduqda, yeni Higgs ailəsinin cütlərini yarada bilər. Bu hissəciklər tez bir zamanda görə və ölçə biləcəyimiz digər şeylərə parçalanır. Bu son hissələri saymaqla elm adamları əsl siqnalı fon səs-küyündən ayıra bilərlər.
Bu, izdihamlı bir otaqda müəyyən bir səsi dinləməyə bənzəyir. Nəyə qulaq asacağınızı bilirsinizsə, çoxlu başqa səs olduqda belə, sizə lazım olan məlumatı tapa bilərsiniz.
Tədqiqat göstərir ki, bu yolların çoxu real kəşfə gətirib çıxara bilər. Maşın müəyyən bir müddət işləyərsə, bəzi kanalların nəticə göstərmə ehtimalı çox yüksəkdir. Tədqiqatçılar kvark və leptonların spesifik nümunələrini yaradan siqnallar da daxil olmaqla, müxtəlif növ siqnalları araşdırdılar.
Bu, gələcək təcrübələr üçün aydın təlimatlar toplusu təqdim edir. Nəzəri xəritəni bu nəhəng maşınları quran və işlədən alimlər üçün praktik bir bələdçiyə çevirir.
Nəzəriyyədən sınaq planına
Bu işin güclü tərəfi nəzəriyyəni təcrübə ilə necə əlaqələndirməsidir. Birinci tədqiqat ən yaxşı imkanları tapmaq üçün ağıllı kompüterlərdən istifadə edir, ikinci tədqiqat isə onları necə axtarmağımızı izah edir. Bu çox vacibdir, çünki çoxlu variantı olan nəzəriyyələri sınaqdan keçirmək çətin ola bilər.
IIT Gandhinagar tədqiqatçıları axtarışı daraltmaqla nəzəriyyələrini sınaqdan keçirilə bilən hala gətirdilər. Komandanın izah etdiyi kimi, fizikanı ağıllı kompüter strategiyaları ilə birləşdirmək kainatın sirlərini əvvəlkindən daha sürətli axtarmağa imkan verir.
Bu tədqiqat yalnız bir nəzəriyyədən daha çox şey haqqındadır. Bu, Higgs bozonunun tək olub-olmadığını və ya bacı-qardaşlarının olub-olmadığını görmək üçün qlobal səylərə kömək edir. Bu, həmçinin ağıllı kompüter alətlərinin alimlərə çox mürəkkəb problemləri həll etməyə kömək edə biləcəyini sübut edir.
Bu metod, elmin bir çox başqa sahələrində də istifadə edilə bilər, çünki burada sınaqdan keçirmək üçün çoxlu imkanlar var. İlkin məqsəd yeni hissəciklərin tapılmasına kömək etməkdir, lakin uzunmüddətli məqsəd bu qədər çox məlumata malik bir dünyada elmi necə apardığımızı təkmilləşdirməkdir.
Hiqqs bozonunun hekayəsi əslində kainatın necə qurulduğu haqqında bir hekayədir. Biz bir hissəciklə başladıq, amma daha böyük bir ailəmiz ola bilər. IIT Qandhinagardakı tədqiqatlar bu ideyanın çox canlı olduğunu göstərir.
Daha yüngül bədənli qardaşlarımızdan biri mövcud məlumatlarımızda gizlənə bilər, digərləri isə gələcək maşınları gözləyə bilər. Xəritə çəkmək üçün ağıllı kompüterlərdən və yol göstərmək üçün kollayder tədqiqatlarından istifadə etməklə dünyamızın tam arxitekturasını anlamağa daha da yaxınlaşırıq.
Xanna əlavə edir: “İşimizin açarı müasir ML texnikalarını hissəciklər fizikası ilə birləşdirmək kimi innovativ üsullardan istifadə etmək idi ki, bu da böyük bir problemi həll etmək üçün istifadə olunurdu. Yaxın gələcəkdə yeni hissəciklərin sübutlarını axtararaq bu tədqiqat xəttini daha da inkişaf etdirməyə can atıram.”
Nəşr detalları
Nipun Batra və digərləri, Aktiv öyrənmədən istifadə edərək 3HDM parametr sahəsinin məhdudlaşdırılması, Fiziki İcmal D (2025). DOI: 10.1103/t5df-67wh
Baradhwaj Coleppa və digərləri, Z3 simmetrik tipli Z üç Higgs dublet modelinin ILC fenomenologiyası , The European Physical Journal C (2026). DOI: 10.1140/epjc/s10052-026-15413-9
Jurnal məlumatları: Avropa Fiziki Jurnalı , Fiziki İcmal D
Əsas anlayışlar
Hipotetik hissəciklər fizikası modelləriHipotetik hissəciklərHissəcik sürətləndiriciləriHissəcik məlumatlarının təhlili
Hindistan Texnologiya İnstitutu Qandinaqar tərəfindən təmin edilir
