物理学家用AI改写教科书！质子中发现新的夸克，可能性高达99.7%

机器学习的新发现，需要重写物理课本。

长期以来，人们一直认为质子中有三个夸克，具体来说就是两个上夸克和一个下夸克。

但是根据《自然》最新的论文，恐怕以后要改了:五个。

再加上一对粲夸克和反粲夸克。

根据现有的理论，已知的夸克有六种，分别是上夸克，下夸克，上夸克，下夸克，奇夸克和魅夸克，每一种都有自己的反夸克但除了上夸克和下夸克，后四种都因为质量大而不稳定，一般认为很快就会衰变

但是这一次，欧洲核子研究中心的科学家说:

发现质子中长期存在一对粲夸克—反粲夸克。

而这个证据是机器学习找到的。

40年谜题终于找到可靠证据。

首先简单介绍一下粲夸克它是继顶，底，奇之后发现的第四种夸克，符号为c

其1.27 GeV/c2的质量在六种夸克中排名第三，正电荷为2/3单位，自旋和其他夸克一样为1/2。

从20世纪80年代开始，人们就推测质子中可能存在一对正负魅力夸克，但40年来一直没有找到可靠的证据。

在此之前，NNPDF合作组织使用的方法与以前不同。

他们没有事先对质子结构做出具体假设，而是使用机器学习—

把所有六种夸克组成的假设质子结构都考虑进去，然后和近几十年来各大对撞机超过50万次真实粒子碰撞的实验数据进行比较。

最终找到了质子约0.5%的动量来自正负粲夸克对的证据，精度达到了3个标准差。

也就是说，如果质子不包含一对正负魅力夸克，那么只有0.3%的几率得到这个结果。

从此以后，如果你画一个物质结构示意图，很可能会改成这个。

说起魅力夸克研究，在粒子物理学史上还挺有波折的。

1974年，丁肇中领导的布鲁克海文实验和斯坦福线性加速中心独立发现了J/ψ介子，它包含一对粲夸克和反粲夸克。

这一发现对粒子物理学影响巨大，被称为物理学中的十一月革命。

两年后，丁肇中和伯顿·里克特分享了诺贝尔物理学奖。

从那以后，对魅力夸克的研究越来越多。

1980年，欧洲粒子物理研究所的一项实验表明，质子中可能也存在一对魅力夸克和反魅力夸克，称为本征魅力夸克。

但是这个实验的结果不够准确，不足以说明问题后来很多不同的团队跟进研究，提出了不同的质子模型并用实验数据验证，产生了相互矛盾的结果

在过去的40年里，学术界对粲夸克的研究兴趣起伏不定，没有人能够拿出有力的证据。

直到这一次，在新的机器学习方法的帮助下，终于取得了突破，找到了内禀魅力夸克存在的证据。许多物理学家认为，这一结果将对未来的粒子碰撞实验产生重大影响...

后续碰撞实验的影响

在进行碰撞实验时，经常要处理质子，这种对质子内部结构的研究很可能会影响后续的相关实验。

也许将来在碰撞实验中修改质子模型时，应该把粲夸克对考虑进去。

剑桥大学的哈里·克利夫说:

大型强子对撞机非常依赖质子结构的准确性，因此在后续的相关实验中可能不得不考虑粲夸克对的影响。

例如，南极洲的冰立方中子天文台正在寻找宇宙射线撞击地球大气层中的粒子时产生的罕见中微子，这可能需要考虑到质子的夸克对结构。

但对于这项研究的结果，很多同行表示符合预期毕竟之前也有过相关预测

3个标准差的精度，一般可以视为粒子物理中的初步证据要被官方认可为发现，门槛至少是5个标准差

在后续计划中，研究小组还表示将进行更多的实验，以将精度提高到5个标准差到那时，质子号里将只有350万分之一的机会没有符咒

这是欧洲核子研究中心下属的非营利组织，由许多国家的大学和研究所资助。

英国爱丁堡大学希格斯理论物理中心，意大利米兰大学Tif实验室，荷兰阿姆斯特丹自由大学物理与天文学系，荷兰国家亚原子物理研究所等具体机构参与了本次研究。

论文发表后，一些物理老师已经在讨论教科书的重写问题。

以后会教学生两个上夸克一个下夸克的经典模型吗。

教，毕竟考试要写这个不过最新的结论可以看作是拓展和讨论

物理系的同学赶忙告诉他们坏了，以后还得重新学。

也有很多人对人工智能与物理学家合作产生突破性成果的模式感兴趣。

实际上，数据驱动的科学人工智能被称为科学研究的下一个范式。

尤其是在粒子物理领域。

大型粒子对撞机的重复实验产生海量数据，AI最擅长从海量数据中发现新的规律。

负责这篇论文评审的高能物理学家，斯隆奖获得者克里斯汀·艾达拉也评论道:

机器学习的应用对这项研究至关重要可以产生物理学家自己都不一定能想到的假设，减少数据分析中的偏差

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