Яндекс в новом эксперименте ЦЕРНа: как найти тёмную материю всего за 13 лет Страница 1 из 4

Несмотря на то, что физиков иногда пытаются представить консервативными, на деле они только и ждут того, чтобы найти что-то, что выходит за пределы нынешнего понимания природы. Но у них давно такого не получалось.

В очередной раз надежды на обновление Стандартной модели разрушились после того, как в ЦЕРНе нашли бозон Хиггса. И несмотря на то, что, по мнению Стивена Хокинга, это открытие сделало физику скучнее, проблемы, которые Стандартная модель объяснить не может, всё еще остаются. Одна из них — какая частица может стать кандидатом на тёмную материю? Как вы знаете, она содержится во Вселенной, но увидеть её мы не можем.

И вот учёные в ЦЕРНе начинают новый эксперимент — SHiP (Search for Hidden Particles). Если такие частицы обнаружат, то Стандартную модель можно расширить. Это будет означать, что наше представление о структуре и эволюции Вселенной может поменяться. А учёные вполне могут претендовать на Нобелевскую премию. Проводить астрофизические исследования для SHiP будет космический телескоп Astro-H. Яндекс для этого эксперимента не только предоставит ЦЕРНу свои технологии машинного обучения: студенты и исследователи Школы анализа данных Яндекса будут работать совместно с его учёными.

Сотрудничество Яндекса и ЦЕРНа началось в 2011 году, когда мы предоставили ему свои сервера. В 2012 году мы разработали для организации поисковый сервис, который использовался в рамках одного из четырех основных экспериментов ЦЕРНа на Большом адронном коллайдере — Large Hadron Collider beauty experiment (LHCb). В 2013 году ученые-физики получили возможность использовать нашу собственную технологию машинного обучения — Матрикснет. Тогда же Яндекс стал ассоциированным членом европейского Центра ядерных исследований в рамках проекта CERN openlab.



Два года назад в Яндексе выступал Андрей Голутвин, научный консультант директора ЦЕРНа. Это было ровно за день до того, как было официально объявлено об обнаружении бозона Хиггса. А на прошлой неделе Андрей на специальном семинаре рассказал о новом эксперименте SHiP, в котором уже на этапе планирования предполагается использование технологий и знаний Яндекса. Лекция состоит из пяти частей:

  • зачем нужен эксперимент SHiP,
  • проблемы Стандартной модели,
  • как устроен детектор и что он должен измерить,
  • как создаётся международная коллаборация для создания и проведения большого эксперимента,
  • основные этапы эксперимента,
  • что коллаборация SHiP ожидает от Яндекса.
Подробная расшифровка — под катом.

Зачем нужен эксперимент SHiP

Любой физик-экспериментатор пытался в жизни что-то открыть. И идея поиска частиц такого сорта не нова. Вы видите на этом распределении результаты большого количества экспериментов, которые уже пытались их обнаружить. Обычно эти результаты представляются в виде двумерного распределения. По одной оси расположена некая величина, которая характеризует, с какой силой эти новые частицы взаимодействуют с известными частицами, а по другой шкале отложена масса этих частиц. И вот здесь виден результат очень большого количества экспериментов, которые поставили довольно впечатляющие пределы на отсутствие таких частиц.







Оказалось, что Стандартная модель очень хорошо работает и описывает фактически все явления в микромире, физике частиц. И оказывается, этот микромир не очень-то и сложный, несмотря на огромное количество разных экспериментальных частиц. Вы, конечно, все слышали о протонах, нейтронах, электронах, мюонах. На самом деле фундаментальных частиц очень мало. Это так называемые фермионы (всего известно шесть фундаментальных фермионов лептонов и шесть кварков).





Из этих кварков можно построить все остальные мезоны, которые мы сегодня знаем. Взаимодействие между этими фундаментальными фермионами описываются с помощью трех сил:
  • Электромагнитные взаимодействия. Описывают взаимодействия заряженных частиц.
  • Слабые взаимодействия. В них участвуют лептоны ( например, нейтрино, электроны, мюоны. Но электроны и мюоны участвуют еще и в электромагнитных взаимодействиях, потому что они — заряженные), кварки.
  • Сильные взаимодействия. В них участвую кварки. Они нужны, чтобы можно было создать протон и нейтрон.
Итак, есть шесть фундаментальных лептонов – электрон, мюон, тау-лептон и три соответствующих нейтрино. Нейтрино — это частицы с очень маленькой массой. Они участвуют только в слабых взаимодействиях, потому что нейтрино электрически нейтральны.

И есть шесть кварков: up, down, charm, strange, top и bottom. Оказывается, что между свойствами лептонов и кварков очень много общего, и принято говорить, что есть три поколения лептонов и кварков: первое, второе и третье. На самом деле, свойства электрона и нейтрино, свойства мюона и нейтрино, свойства тау-лептона и тау-нейтрино абсолютно одинаковые. Чем они различаются? Только своей массой. Масса мюона примерно в 200 раз больше, чем электрона, а масса тау-лептона в 20 раз больше, чем масса мюона. Почему это так, мы не знаем. То же самое происходит и с кварками. Кварки первого, второго и третьего поколения имеют абсолютно одинаковые свойства, — разные только массы. И почему их масса тоже совершенно разная, мы тоже не знаем.

Взаимодействия, которые испытывают эти фундаментальные фермионы, в физике частиц принято ассоциировать с носителями взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия переносятся фотоном, слабые взаимодействия — вот этими тремя бозонами. Фотон — безмассовый, масса этих бозонов — порядка 100г GeV. Безмассовые глюоны переносят сильные взаимодействия.

Фактически все физические процессы, предсказанные стандартной моделью, были подтверждены экспериментально. Единственная частица, которая отсутствовала, но была ею предсказана, — хиггсовский бозон. Дело в том, что уравнения стандартной модели были написаны для безмассовых частиц, а затем Хиггс и еще несколько теоретиков придумали очень элегантный механизм, как с помощью хиггсовского бозона сделать частицы массивными.



  • 1448
  • 15/07/2014


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое