用機器學(xué)習(xí)搞出的新發(fā)現(xiàn),，要改寫物理教科書了,？ 長久以來，質(zhì)子內(nèi)都被認(rèn)為有3個夸克,，具體來說是2個上夸克和1個下夸克,。  但根據(jù)Nature最新一篇論文，以后恐怕要改了： 5個,。 再加上一對粲夸克 （Charm Quark）和反粲夸克,。  按照現(xiàn)有理論，已知的夸克共有6種,，上,、下、頂,、底,、奇和粲，每一種又有對應(yīng)的反夸克,。 但除了上夸克和下夸克外,，后面四種因質(zhì)量太大所以不穩(wěn)定，一般認(rèn)為很快就會衰變,。 但是這一次,，歐洲核子研究組織（CERN）的科學(xué)家卻表示：
而且這個證據(jù),，還是用機器學(xué)習(xí)方法找到的,。 40年難題終于找到靠譜證據(jù)先簡單介紹一下粲夸克，它是第4種被發(fā)現(xiàn)的夸克,，排在上,、下和奇之后，符號為c,。 它的質(zhì)量1.27 GeV/c2在6種夸克里排第三,，帶2/3單位的正電荷，自旋與其他夸克一樣都是1/2,。  從80年代開始,，就有人猜測質(zhì)子內(nèi)部可能存在一對正反粲夸克對，但40年來一直找不到靠譜的證據(jù)。 直到這一次,，NNPDF合作組織 （The NNPDF Collaboration）使用了與以前都不同的方法,。 他們沒有事先對質(zhì)子結(jié)構(gòu)做特定假設(shè)，而是使用了機器學(xué)習(xí)—— 把由所有6種夸克排列組合出來的假想質(zhì)子結(jié)構(gòu)全都考慮進去,，再與這數(shù)十年來各大對撞機超過50萬次真實粒子對撞實驗數(shù)據(jù)做比較,。 終于發(fā)現(xiàn)“質(zhì)子約0.5%的動量來自正反粲夸克對”的證據(jù)，精度達到3個標(biāo)準(zhǔn)差,。 也就是說如果質(zhì)子中不包含一對正反粲夸克,，那么只有0.3%的可能性得到這個結(jié)果。  從此以后,，再畫物質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖,，大概就要改成這樣了。  說起粲夸克研究,，在粒子物理學(xué)史上還挺一波三折的,。 1974年，丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的布魯克海文實驗與斯坦福線性加速中心兩組人馬,，各自獨立發(fā)現(xiàn)了包含一對粲夸克和反粲夸克的J/ψ介子,。 這次發(fā)現(xiàn)對粒子物理產(chǎn)生重大影響，史稱物理學(xué)中的“十一月革命”,。 兩年后,，丁肇中與斯坦福的Burton Richter共享了諾貝爾物理學(xué)獎,。  從這之后,，對粲夸克的研究開始多了起來。 到了1980年,，歐洲核子研究中心CERN的一項試驗暗示質(zhì)子內(nèi)部也可能存在一對粲夸克和反粲夸克,，稱為內(nèi)在粲夸克 （Intrinstic Charm）。  但這項試驗結(jié)果吧,，不夠精確,，不足以說明問題。 后來許多不同團隊跟進研究,，提出不同的質(zhì)子模型再用實驗數(shù)據(jù)驗證,，又產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果。 40年來,，學(xué)術(shù)界對研究粲夸克的興趣是忽高忽低,，誰也沒能拿出有力證據(jù)。 直到這一次,，在機器學(xué)習(xí)新方法幫助下終于取得突破,，找到內(nèi)在粲夸克存在的證據(jù)。 有不少物理學(xué)家認(rèn)為,，這個結(jié)果對之后再做粒子對撞實驗都會產(chǎn)生不小的影響…… 影響后續(xù)的對撞實驗在進行對撞實驗時,，經(jīng)常會與質(zhì)子打交道,，而這個對于質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，很有可能會影響到后續(xù)的相關(guān)實驗,。 或許以后在做對撞實驗都要修正質(zhì)子模型時,，都把粲夸克對考慮進去了。 劍橋大學(xué)的Harry Cliffe說道：
就比如說南極洲的IceCube微中子觀測站，他們要尋找當(dāng)宇宙射線擊中地球大氣層中的粒子時產(chǎn)生的稀有中微子,，這其中或許就需要考慮到質(zhì)子的粲夸克對結(jié)構(gòu),。 但對于這項研究的成果，很多同行表示“符合預(yù)期”,，畢竟之前已經(jīng)有過相關(guān)的預(yù)測,。 3個標(biāo)準(zhǔn)差的精度，在粒子物理學(xué)上一般可以算是初步證據(jù),。 要想正式被認(rèn)可為一項“發(fā)現(xiàn)”,，門檻至少是5個標(biāo)準(zhǔn)差。  在后續(xù)計劃中,，研究團隊也表示將進行更多的實驗把精度提高到5個標(biāo)準(zhǔn)差,。 到那時質(zhì)子內(nèi)就只有350萬分之一的可能性不存在粲夸克了。 這篇Nature論文,，作者署名一欄只寫了一項,，The NNPDF Collaboration。  這是歐洲核子研究中心CERN旗下的一個非盈利組織,，由多個國家的大學(xué)和研機構(gòu)資助,。 具體到這次研究，有英國愛丁堡大學(xué)的希格斯理論物理中心,、意大利米蘭大學(xué)Tif實驗室,、荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)物理與天文系、以及荷蘭國家亞原子物理研究所(NIKHEF)等組織參與,。 論文發(fā)表后,，對于教科書被改寫這事，已經(jīng)有物理老師們討論起來了,。
 而物理系的學(xué)生則奔走相告“壞了，以后得重新學(xué)了”。  對于AI與物理學(xué)家協(xié)作搞出突破性成果這個模式,，也有不少人產(chǎn)生興趣,。 實際上，數(shù)據(jù)驅(qū)動的AI for Science,，正是被譽為科學(xué)研究的下一個范式,。 具體到粒子物理領(lǐng)域，則更是如此,。 大型粒子對撞機反復(fù)實驗產(chǎn)生海量數(shù)據(jù),，而AI最擅長的正是從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。 負(fù)責(zé)這篇論文評審的高能物理學(xué)家,、斯隆獎得主Christine Aidala也評價道：
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