AI帮助大型强子对撞机在探测新粒子方面取得突破

AI帮助大型强子对撞机在探测新粒子方面取得突破 ATLAS 和 CMS 协作小组正在使用最先进的机器学习技术来搜索可能预示着新物理学的奇异对撞。图片来源：S Sioni/CMS-PHO-EVENTS-2021-004-2/M Rayner大型强子对撞机（LHC）实验的主要目标之一是寻找新粒子的迹象，这可以解释物理学中的许多未解之谜。通常情况下，寻找新物理学的目的是以理论预测为指导，一次寻找一种特定类型的新粒子。但是，寻找未预测到的、意想不到的新粒子呢？对物理学家来说，在不清楚要寻找什么的情况下筛选大型强子对撞机实验中发生的数十亿次对撞是一项艰巨的任务。因此，ATLAS 和 CMS 协作小组让人工智能（AI）简化了这一过程，而不是梳理数据和寻找异常。在3月26日举行的莫里翁德 会议（Rencontres de Moriond ）上，来自CMS合作项目的物理学家们展示了利用各种机器学习技术搜索成对"喷流"所获得的最新成果。这些喷流是源自强相互作用夸克和胶子的粒子的准直喷流。它们特别难以分析，但可能隐藏着新的物理学。被人工智能算法确定为高度异常、因此可能来自新粒子的 CMS 事件之一的事件显示。资料来源：CMS 协作ATLAS 和 CMS 的研究人员在搜索喷流时使用了多种策略来训练人工智能算法。通过研究其复杂能量特征的形状，科学家们可以确定是什么粒子产生了喷流。利用真实的碰撞数据，这两个实验的物理学家正在训练他们的人工智能，以识别源自已知粒子的喷流的特征。然后，人工智能能够区分这些喷流和非典型喷流特征，后者可能预示着新的相互作用。这将在数据集中显示为非典型喷流的累积。另一种方法是指示人工智能算法考虑整个碰撞事件，并在检测到的不同粒子中寻找异常特征。这些异常特征可能预示着新粒子的存在。2023 年7 月，ATLAS 发布的一篇论文展示了这一技术，这是在大型强子对撞机结果中首次使用无监督机器学习技术。在 CMS，一种不同的方法是物理学家创建潜在新信号的模拟示例，然后让人工智能识别真实数据中与常规喷流不同但与模拟相似的碰撞。在 CMS 公布的最新结果中，每种人工智能训练方法对不同类型的新粒子表现出不同的敏感性，没有一种算法被证明是最好的。CMS 团队能够限制产生异常喷流的几种不同类型粒子的产生率。他们还能够证明，与传统技术相比，人工智能主导的算法大大提高了对各种粒子特征的灵敏度。这些结果表明，机器学习正在彻底改变对新物理学的探索。CMS分析团队的奥兹-阿姆拉姆（Oz Amram）说："我们已经有了进一步改进算法的想法，并将其应用于数据的不同部分，以搜索多种粒子。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

开创性实验测量地球自转对量子纠缠的影响

开创性实验测量地球自转对量子纠缠的影响 萨格纳克干涉仪2公里长的光纤缠绕在边长1.4米的方形铝制框架上。 图片来源：奥地利维也纳大学光学萨格纳克干涉仪在测量旋转时已经非常灵敏，但是基于量子纠缠的干涉仪具有进一步提高这种灵敏度的潜力。量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子共享一种状态，即使它们被远距离分开，其中一个粒子的测量也会影响另一个粒子的状态。研究团队建造了一个巨大的光学萨格纳克干涉仪，并在数小时内将噪声保持在低而稳定的水平。这使得他们能够检测到足够高质量的纠缠光子对，相比以前的光学萨格纳克干涉仪，旋转精度提高了1000倍。在一项实验室实验中，科学家们将纠缠光子（红色方块）送入一个干涉仪（如图），该干涉仪的灵敏度足以测量地球的自转。马尔科-迪维塔在实际实验中，两个纠缠光子在巨大线圈上缠绕的2公里长的光纤内传播，实现了一个有效面积超过700平方米的干涉仪。针对地球自转，研究人员还设计了一个巧妙的方案：将光纤分成两个等长的线圈，并通过一个光学开关将它们连接起来。通过打开和关闭开关，可有效地根据需要取消旋转信号，并延长大型设备的稳定性。这种方式就像“欺骗”光，让它认为处于一个非旋转的宇宙中。利用这项实验，研究人员观察到了地球自转对最大纠缠双光子态的影响。这证实了爱因斯坦狭义相对论和量子力学中描述的旋转参考系和量子纠缠之间的相互作用。研究人员表示，该研究结果和方法将为进一步提高基于量子纠缠的传感器旋转灵敏度奠定基础，可能会为未来通过时空曲线测试量子纠缠行为的实验开辟道路。 ... PC版： 手机版：

三年改造后，大型强子对撞机再出发

三年改造后，大型强子对撞机再出发 在大型强子对撞机2018-22年关闭期间，ALICE实验中的探测器进行了改造。 对新物理学的追寻再度开启。世界上最强大的粉碎高能粒子机器，大型强子对撞机（LHC），在关闭三年多后重新启动。在日内瓦附近的欧洲核子研究中心CERN，质子束再次在其27公里的环路中呼啸而过。7月，物理学家们启动了实验，观察粒子束的对撞。 在2009-13年和2015-18年的前两个阶段，LHC探索了现在已知的物理世界。所有这些工作包括2012年希格斯玻色子的成功发现再次确定了物理学家目前对塑造宇宙的粒子和力的最佳描述：标准模型。但是，科学家们筛选了以千兆计的高能对撞的碎片，还是没有找到任何令人惊讶的新粒子或其他完全未知的东西的证据。 这一次可能会有所不同。迄今为止，LHC的建造成本为92亿美元，其中包括最新的升级：第三版包含更多的数据、更好的探测器和寻找新物理的创新方法。更重要的是，科学家们会从一个诱人的反常结果清单（比上次运行开始时更多）开始，其中藏着寻找标准模型之外粒子的方向。 ... 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

V宇宙中的所有物质都是由无数微观粒子集合而成。因此，从某种角度来看，人类本身也是由众多量子组成，整个宇宙同样由量子构成。既然量子

V宇宙中的所有物质都是由无数微观粒子集合而成。因此，从某种角度来看，人类本身也是由众多量子组成，整个宇宙同样由量子构成。既然量子是物质的最小单元，它们自然不可再分。 量子拥有一个独特的性质，被称为量子叠加。在我们熟悉的宏观世界中，事物总是明确的，比如一只猫的生死或者一个人的位置。但在量子世界中，它们可以处于一种不确定状态，只要不受外界干扰（即不被测量或观察）。这意味着猫可以同时处于生与死的叠加态（即薛定谔的猫思想实验），人也可以同时出现在不同的楼层。这种不确定性使得量子无法被完美复制。 此外，量子之间还有一种神奇的联系，即量子纠缠。两个粒子在微观世界中可能存在纠缠状态，对其中一个的操作或测量会使远在他方的另一个粒子即刻作出反应，即便它们相隔甚远。 比如，如果甲乙两人在北京和上海同时投掷骰子，通常结果不会一致。然而，通过纠缠关系，这两个骰子似乎有某种心灵感应，每次投掷结果都一致。爱因斯坦将这种现象称之为“鬼魅般的超距作用”。 为什么量子会有这样的表现，至今仍然是个谜。不过，即便不完全理解其背后机制，也不妨碍我们利用量子特性为己所用。 在信息安全领域，传统通信方式中，窃取少量的信息即可导致有效的窃听。然而，在量子通信中，双方通过量子传递大量密钥。因为量子既不可分割也无法复制，窃听者无法悄无声息地获取信息，一旦尝试将立即被发现，使密钥作废，双方会重新发送新密钥加密信息。 尽管量子力学背后的许多谜团尚待解开，量子科技已深入融入我们生活。终有一日，科学家将揭开量子世界的神秘面纱。

《Nature》报道北大物理新成果：首次观测到三玻色子联合产生

《Nature》报道北大物理新成果：首次观测到三玻色子联合产生 相关成果发表于《物理评论快报》，并被选为编辑推荐论文。首次观测到三玻色子联合产生先简单了解一下，此次成果发现的主角三种基本粒子。两种电荷相反的粒子W玻色子W+和W-，以及一种光子γ。我们知道，宇宙中有四大基本相互作用：引力作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。每种相互作用都是由某一种媒介粒子传递的，它们被称为玻色子。在标准模型里，无质量的光子（γ）传播长程的电磁相互作用。而W玻色子是一种负责传递弱相互作用的基本粒子。此前曾被发现并证明，W玻色子是参与核聚变的重要粒子。但W玻色子的质量很重，约是质子的85倍，实验中通常很难被发现。只有通过大型强子对撞机LHC这样的高能量装置才有可能“撞”出1个。而要找到像W+W-γ这种形态，更是难上加难。研究团队在LHC上使用紧凑缪子线圈（CMS）探测器筛选和分析了2016年至2018年期间数十亿次13TeV质子-质子对撞数据，以超过5倍标准偏差的统计置信度，首次观测到了双W玻色子与光子（WWγ）这一新型的三玻色子联合产生过程。研究团队进一步向《中国科学报》解释，5.6倍标准偏差是与假设不存在三玻色子过程的情况（即空假设）相比，这也意味着数据支持三玻色子过程的存在。他们进而对希格斯与轻夸克的耦合给出了一批较强的限制性结果。北大物理李强团队据北大物理学院技术物理系官网介绍，此项成果是由李强课题组在CMS国际合作组提出并领导。北京大学物理学院2017级博士研究生安莹（现为德国电子同步加速器中心DESY博士后）担当分析负责人。一直以来，精确测量多玻色子特别是三玻色子联合产生过程，是目前高能对撞机物理领域前沿热点之一，可用于探测非阿贝尔相互作用以及检验标准模型。李强团队自2010年以来，就致力于高能对撞机上的多玻色子物理研究。2022年，他们全球首次实现了三W玻色子共振态的寻找、并开发了3夸克和4夸克特征喷注的鉴别及校准技术。此项研究开拓了新物理寻找的新航线。李强向《中国科学报》表示，高能物理确实处在比较艰难的时期。在人迹罕至的地方探险，虽然有着未知和挑战，但也有着新发现的可能性。参考链接：[1] ... PC版： 手机版：

大型强子对撞机在揭示宇宙基本力方面取得里程碑式进展

大型强子对撞机在揭示宇宙基本力方面取得里程碑式进展 在欧洲核子研究中心的广泛参与基础上，罗切斯特大学团队最近实现了对粒子物理标准模型的重要组成部分电弱混合角的"难以置信的精确"测量。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹在探索宇宙奥秘的过程中，罗切斯特大学的研究人员数十年来一直参与欧洲核研究组织（通常称为欧洲核子研究中心）的国际合作。在广泛参与欧洲核子研究中心（CERN）工作，特别是参与 CMS（紧凑渺子螺线管）合作项目的基础上，由乔治-帕克（George E. Pake）物理学教授阿里-博德克（Arie Bodek）领导的罗切斯特团队最近取得了突破性的里程碑成果。他们的成果集中于测量电弱混合角，这是粒子物理标准模型的一个重要组成部分。该模型描述了粒子如何相互作用，并精确预测了物理学和天文学中的大量现象。博德克说："最近对电弱混合角的测量非常精确，它是通过欧洲核子研究中心的质子碰撞计算得出的，加强了人们对粒子物理学的理解。"CMS合作组织汇集了来自全球各地的粒子物理学界人士，以更好地了解宇宙的基本规律。除博德克外，罗切斯特大学的 CMS 协作小组成员还包括首席研究员、物理学教授 Regina Demina 和物理学副教授 Aran Garcia-Bellido，以及博士后研究助理、研究生和本科生。罗切斯特大学的研究人员作为紧凑渺子螺线管（CMS）协作组的成员，长期在欧洲核子研究中心工作，包括在 2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹欧洲核子研究中心位于瑞士日内瓦，是世界上最大的粒子物理实验室，以其突破性发现和尖端实验而闻名于世。罗切斯特的研究人员长期在欧洲核子研究中心工作，是 CMS 协作小组的成员之一，包括在2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用，这种基本粒子有助于解释宇宙中质量的起源。该合作项目的工作包括收集和分析从欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的紧凑μ介子螺线管探测器收集到的数据，LHC是世界上最大、最强大的粒子加速器。大型强子对撞机由17英里长的超导磁体和加速结构组成，建在地下，横跨瑞士和法国边境。大型强子对撞机的主要目的是探索物质的基本构成元素以及支配它们的力量。为此，它将质子或离子束加速到接近光速，并以极高的能量使它们相互撞击。这些碰撞再现了类似于宇宙大爆炸后几分之一秒的条件，使科学家能够研究粒子在极端条件下的行为。19 世纪，科学家发现电和磁的不同作用力之间存在联系：变化的电场会产生磁场，反之亦然。这一发现构成了电磁学的基础，它将光描述为波，并解释了光学中的许多现象，同时还描述了电场和磁场如何相互作用。在这一认识的基础上，物理学家在 20 世纪 60 年代发现电磁力与另一种力弱力有关。弱力在原子核内运行，负责放射性衰变和太阳能源生产等过程。这一发现促成了弱电理论的发展，弱电理论认为电磁力和弱力实际上是一种统一力的低能表现形式，这种统一力被称为统一弱电相互作用力。希格斯玻色子等重大发现证实了这一概念。最近，欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的 CMS 协作小组通过分析数十亿次质子-质子对撞，完成了迄今为止与该理论相关的最精确测量之一。他们的重点是测量弱混合角，这是一个描述电磁力和弱力如何混合在一起产生粒子的参数。以前对电弱混合角的测量曾在科学界引发争论。然而，最新的发现与粒子物理标准模型的预测非常吻合。罗切斯特大学研究生 Rhys Taus 和博士后助理研究员 Aleko Khukhunaishvili 采用新技术最大限度地减少了测量中固有的系统不确定性，从而提高了测量精度。对弱混合角的理解揭示了宇宙中不同的力如何在最小尺度上共同作用，加深了对物质和能量基本性质的理解。博德克说："自2010年以来，罗切斯特团队一直在开发创新技术并测量这些电弱参数，然后在大型强子对撞机上实施这些技术。"这些新技术预示着对标准模型的预测进行精确测试的新时代已经到来。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：