Фізики з Лабораторії ядерних наук Массачусетського технологічного інституту виявили докази існування «частинок X» у кварк-глюонній плазмі, що утворюється у Великому адронному колайдері.
У перші мільйонні частки секунди після Великого вибуху Всесвіт був вируючим при температурі в трильйон градусів плазму кварків і глюонів.
Перед охолодженням частина цих кварків і глюонів безладно стикалася, утворюючи недовговічні «частинки X». Їхня структура невідома, і сьогодні вони зустрічаються вкрай рідко. Фізики припускають, що вони можуть виникати в прискорювачах частинок в результаті високоенергетичних зіткнень і спалахів кварк-глюонної плазми.
Команда використовувала методи машинного навчання, щоб «просіяти» понад 13 мільярдів зіткнень важких іонів, кожне з яких призвело до освіти десятків тисяч заряджених частинок. Серед цього надщільного, високоенергетичного «варева» частинок дослідники змогли виділити близько 100 таємничих частинок типу X, відомих як X (3872) - за передбачуваною масою частинки.
Основними складовими частинами матерії є нейтрон і протон, кожен з яких складається з трьох тісно пов'язаних кварків. Тільки недавно фізики почали помічати ознаки екзотичних «тетракварків» - частинок, створених з рідкісної комбінації чотирьох кварків. Вчені підозрюють, що X (3872) - це або компактний тетракварк, або абсолютно новий вид молекул, створених не з атомів, а з двох слабо пов'язаних мезонів - субатомних частинок, які самі складаються з двох кварків.
X (3872) вперше виявили 2003 року в експерименті Belle - колайдері частинок у Японії, який стикає разом високоенергетичні електрони і позитрони. У цьому середовищі рідкісні частинки розпадалися занадто швидко, щоб вчені могли детально вивчити їх структуру. Була висунута гіпотеза, що X (3872) та інші екзотичні частинки можуть бути краще вивчені в кварк-глюонній плазмі.
Команда використовувала алгоритм машинного навчання, який вибирав моделі розпаду, характерні для X-частинок. Відразу після утворення частинок у кварк-глюонній плазмі вони швидко розпадаються на «дочірні» частинки, які розсіюються. Для частинок X ця схема розпаду відрізняється від усіх інших частинок.
Дослідники визначили ключові змінні, які описують форму розпаду частинок X. Вони навчили алгоритм машинного навчання розпізнавати ці змінні, а потім згодували алгоритму фактичні дані, отримані в ході експериментів щодо зіткнень на БАК. Алгоритм зміг просіяти надзвичайно щільний і галасливий набір даних, щоб вибрати ключові змінні, які, ймовірно, є результатом розпаду частинок X.
Дослідники збільшили масштаб сигналів і помітили пік при певній масі, що вказує на присутність частинок X (3872), всього близько 100.
У найближчі рік-два дослідники планують зібрати набагато більше даних, які повинні допомогти з'ясувати структуру частинки X. Якщо частинка являє собою щільно пов'язаний тетракварк, вона повинна розпадатися повільніше, ніж якщо б це була вільно пов'язана молекула.
Результати опубліковані в журналі Physical Review Letters.