BelNET logo

Belarusian Nuclear Education and Training Portal - BelNET

eng

rus

Material of portal nuclear knowledge BelNET
article / document resource request "7011"
2025-12-29
Машинное обучение открывает путь к детектированию экзотических ΛΛ-гиперядер

Исследователи из Лаборатории ядерной физики высоких энергий в Японском научно-исследовательском институте RIKEN (PRI) и их международные коллеги впервые за 25 лет идентифицировали новое двойное -гиперядро (дважды-лямбда гиперядро). Результат стал возможным благодаря применению методов глубокого обучения к огромному объему данных, полученных с помощью метода ядерной фотоэмульсии в эксперименте J-PARC E07. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Гиперядром называется разновидность атомного ядра, в котором один или несколько нуклонов заменены на гипероны. Гиперон – это барион, содержащий в своем составе один или несколько тяжелых кварков . Самым легким и стабильным гипероном является -гиперон (лямбда-гиперон), его кварковый состав – . -гиперон имеет нулевой электрический заряд (но, тем не менее, не является истинно нейтральной частицей). Когда -гиперон оказывается внутри ядра, связанным ядерными силами с окружающими нуклонами, вся система и становится гиперядром. Гиперон привносит в ядро новое квантовое число – странность. Гиперядро, содержащее один -гиперон называется -гиперядром. Обнаружены и изучены сотни таких ядер. Гиперядро, в составе которого находятся два Λ-гиперона называется -гиперядром. Это крайне редкие и экзотические объекты. Их обнаружение и изучение позволяет напрямую исследовать гиперон-гиперонное взаимодействие.

ΛΛ-гиперядра, как и обычные Λ-гиперядра, имеют времена жизни порядка с и распадаются по слабому взаимодействию. Короткое время жизни затрудняет эксперименты по рассеянию, особенно для многогиперонных систем. Поэтому ядерная эмульсия с её субмикрометровым разрешением предлагает уникальное преимущество визуального наблюдения цепочек распада, позволяя идентифицировать ядра посредством по-событийного анализа образования и распадов -гиперядер.

Продолжение читайте ниже, в Подробнее.

Несмотря на более чем 70 лет исследований гиперядер с момента их первого наблюдения в 1953 году, с помощью ядерной эмульсии было обнаружено всего 47 кандидатов в -гиперядра. До настоящего времени были более или менее определены и идентифицированы в эмульсионных экспериментах гиперядра (2 события), и , (по одному событию). Тем не менее авторы исследования подчеркивают, что событие NAGARA остается единственным подтвержденным наблюдением (состоит из двух протонов, двух нейтронов и двух -гиперонов).

Эксперимент J-PARC E07 на Комплексе протонных ускорителей J-PARC (Япония) ставило целью детектирование приблизительно событий с -гиперядрами. В эксперименте использовался -пучок с импульсом 1.81 ГэВ/с на линии K1.8 в Адронном экспериментальном зале J-PARC. -гипероны производились посредством квазисвободной реакции на алмазной мишени и затем вводились в эмульсионный модуль, расположенный ниже по потоку от мишени. В ядерной эмульсии захваченные ядрами внутри эмульсионных пакетов -гипероны отслеживались, в то время как связанные с ними -мезоны регистрировались с помощью кремниевых стриповых детекторов для измерения их положений и углов. Тем не менее, эффективность регистрации всех событий с -гиперядрами в эмульсионных слоях оценивалась приблизительно в 10%, в основном из-за ограниченного аксептанса спектрометра и сложностей трекинга, а также вследствие того, что сечение реакции , которая не может быть детектирована гибридным методом, примерно вдвое превышает сечение реакции . Было зарегистрировано 33 события-кандидата, инициированных -гиперонами, среди которых, однако, идентифицировано было лишь три события: Mino, Ibuki и Irrawaddy. К сожалению, среди этих событий не было идентифицировано ни одного -гиперядра. При этом весь объём эмульсии, по оценкам, содержит более тысячи событий с двойной странностью, включая незарегистрированные события, порождённые реакцией . В этой связи стояла задача разработки нового и эффективного метода детектирования таких событий.

Командой исследователей был разработан метод машинного обучения, сочетающий генеративно-состязательные сети (GAN) и симуляции Монте-Карло на базе Geant4 для генерации тренировочных данных, а также Mask R-CNN для детектирования объектов. Модель выявила шесть событий-кандидатов с -гиперядрами, одно из которых было однозначно идентифицировано.

На основании кинематического анализа событие было однозначно идентифицировано как рождение и распад -гиперядра (содержит 5 протонов, 6 нейтронов и два -гиперона, альтернативное обозначение – ), образовавшегося в результате захвата -гиперона ядром в ядерной эмульсии. В предположении захвата -гиперона на атомной 3D-орбитале была определена энергия связи двух -гиперонов в ядре , она составила МэВ. Полученное значение энергии -взаимодействия МэВ.

Sign In