لا مستحيل مع الشغف بالمعرفة.. حتى الضوء ينحني حين نفهمه
في مايو 2025، أعلن فريق تجربة CMS في مختبر سيرن عن نتائج أول بحث من نوعه لتحلل بوزون هيغز إلى زوج من كواركات السحر، وذلك في أحداث يتم فيها إنتاج بوزون هيغز بالتزامن مع زوج من كواركات القمة (top quarks). هذا النوع من التحلل نادر للغاية ويصعب تمييزه عن الخلفيات الأخرى في بيانات التصادم.
دور الذكاء الاصطناعي
للتغلب على تحديات التمييز بين النفاثات الناتجة عن كواركات السحر وتلك الناتجة عن كواركات أخرى، استخدم الباحثون تقنيات متقدمة في التعلم الآلي:
الشبكات العصبية البيانية (Graph Neural Networks): لتحديد النفاثات الناتجة عن كواركات السحر بدقة عالية.
شبكات المحولات (Transformer Networks): لتمييز إشارات تحلل بوزون هيغز عن الضوضاء الخلفية في البيانات.
تم تدريب هذه النماذج على مئات الملايين من مجموعات البيانات المحاكاة، مما أدى إلى تحسين دقة التمييز بشكل كبير.
النتائج الرئيسية
باستخدام بيانات تم جمعها بين عامي 2016 و2018، بالإضافة إلى تحليلات سابقة، تمكن فريق CMS من:
تحديد حدود أكثر دقة لتفاعل بوزون هيغز مع كوارك السحر، مع تقليل مستوى عدم اليقين بنسبة 35% مقارنةً بالنتائج السابقة.
تحديد الحد الأعلى لمعدل الإنتاج المشترك لبوزون هيغز وكواركات القمة مع تحلل بوزون هيغز إلى كواركات السحر عند 7.8 مرة من التوقعات النموذجية للنموذج القياسي، وذلك عند مستوى ثقة 95%.
عند دمج هذه النتائج مع تحليلات سابقة لتحلل بوزون هيغز إلى كواركات السحر عبر إنتاج مشترك مع بوزونات W أو Z، تم تحديد الحد الأعلى لمعدل اقتران هيغز-سحر (κc) عند أقل من 3.5، وهو أكثر القيود صرامة حتى الآن.
الأهمية العلمية
هذه النتائج تمثل خطوة مهمة نحو فهم كيفية منح بوزون هيغز الكتلة لجميع الكواركات، بما في ذلك تلك التي تشكل المادة العادية. كما أنها توفر اختبارًا حاسمًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، الذي ظل قائمًا منذ أكثر من 50 عامًا.
-----------------------------
المصطلحات العلمية:
1. بوزون هيغز (Higgs Boson):
جسيم دون ذري يُعتقد أنه المسؤول عن منح الكتلة للجسيمات الأخرى. اكتُشف عام 2012، وهو حجر الزاوية في "النموذج المعياري" لفيزياء الجسيمات.
2. مصادم الهدرونات الكبير (LHC - Large Hadron Collider):
أكبر جهاز في العالم لتسريع الجسيمات وتصادمها. بُني في مركز سيرن (CERN) ويستخدم لدراسة الجسيمات الصغيرة جدًا التي تكوّن الكون.
3. النموذج المعياري (Standard Model):
النظرية الأساسية التي تشرح كيف تتفاعل الجسيمات الأساسية مع بعضها، وتشمل جميع القوى والجسيمات المعروفة (ما عدا الجاذبية).
4. الكواركات (Quarks):
جسيمات أولية تُشكّل البروتونات والنيوترونات. هناك 6 أنواع منها، أهمها في هذا السياق:
كوارك القمة (Top Quark) – الأثقل.
كوارك القاع (Bottom Quark) – ثقيل.
كوارك السحر (Charm Quark) – متوسط.
كوارك أعلى (Up Quark) – خفيف، يوجد في البروتون.
كوارك أسفل (Down Quark) – خفيف، يوجد في النيوترون.
5. النفاثات (Jets):
عندما تتكون الكواركات في التجارب، فإنها لا تبقى منفردة، بل تتحول بسرعة إلى تجمعات من الجسيمات تُعرف بـ"النفاثات"، وهي ما يُرصَد في الكواشف.
مصطلحات الذكاء الاصطناعي:
6. خوارزميات التعلم الآلي (Machine Learning Algorithms):
أنظمة ذكية تُدرب على كميات هائلة من البيانات لتتمكن من التعرف على الأنماط واتخاذ قرارات دقيقة.
7. الشبكات العصبية البيانية (Graph Neural Networks):
نوع من الخوارزميات يستخدم العلاقات بين الجسيمات داخل البيانات، وهو مفيد لتحديد الروابط المعقدة مثل تلك بين النفاثات والكواركات.
8. شبكات المحولات (Transformer Networks):
تقنية ذكاء اصطناعي متطورة، تُستخدم لفهم المعلومات المتسلسلة. تُستخدم أيضًا في أدوات مثل ChatGPT، لكنها هنا تُستخدم لتمييز بيانات الجسيمات.
منظمات وتجارب:
11. سيرن (CERN):
المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، أكبر مركز أبحاث فيزياء الجسيمات في العالم، يقع على الحدود بين سويسرا وفرنسا.
12. تجربة CMS (Compact Muon Solenoid):
واحدة من التجربتين الرئيسيتين في مصادم الهدرونات الكبير (إلى جانب ATLAS). تُستخدم لدراسة الجسيمات الناتجة عن التصادمات عالية الطاقة.
13. تجربة ATLAS:
التجربة الشقيقة لـCMS، لها أهداف مماثلة، وتُستخدم أيضًا لدراسة بوزون هيغز وظواهر فيزيائية جديدة.