ChatGPT совершил прорыв в физике элементарных частиц: это поможет раскрыть загадки Вселенной

Глюоны — безмассовые квантовые частицы, переносящие сильное ядерное взаимодействие, которое связывает кварки внутри протонов и нейтронов. Этот же процесс связывает протоны и нейтроны в атомных ядрах, или глюоны друг с другом. Именно поведение глюонов определяет свойства ядерной материи в самых экстремальных условиях космоса: внутри нейтронных звезд и в первые мгновения после Большого взрыва.

Глюоны вращаются, подобно волчкам, причем один из них может вращаться либо по направлению движения, либо в противоположном направлении. В последнем случае считается, что глюон обладает отрицательной спиральностью. Десятилетиями физики полагали, что при столкновениях глюонов по крайней мере два из них должны обладать именно такой характеристикой. В противном случае амплитуда рассеяния считалась равной нулю.

Около года назад группа теоретиков заподозрила существование исключения: если все частицы движутся примерно в одном направлении, то отрицательная спиральность может быть только у одной. Однако точное доказательство заняло бы годы, поскольку уравнения оказались слишком сложными. 

Один из авторов исследования, Алекс Лупаска из Университета Вандербильта, предложил обратиться за помощью к искусственному интеллекту — популярной языковой модели ChatGPT. Нейросеть за 20 минут упростила выражение для четырех глюонов, а затем обобщила результат для любого числа частиц, выдав компактную обобщенную формулу и доказательство. Работа физиков, длившаяся больше года, была завершена за несколько часов. Ученые перепроверили полученные данные и не нашли ни одной ошибки.

Для астрофизики это открытие означает возможность точнее описывать процессы, происходившие в первые микросекунды существования Вселенной. Теперь могут быть пересмотрены модели кварк-глюонной плазмы — ключа к пониманию того, как материя собиралась в протоны и нейтроны, а затем в первые атомные ядра.

Авторы статьи с оптимизмом смотрят на будущее место ИИ в науке, однако более широкое научное сообщество восприняло эту новость скорее сдержанно. Ожидается, что нейросети смогут помочь ученым в решении рутинных задач, выявлении ошибок в исследованиях, ускорит процесс написания статей и позволит объединить информацию в разных областях. В то же время есть опасения по поводу использования ИИ в академической физике, но специалисты сходятся во мнении, что ИИ вряд ли заменят исследователей.

Алекс Лупсаска надеется, что исследователи смогут в дальнейшем использовать ИИ для решения самой большой проблемы в теоретической физике: согласования квантовой механики и гравитации. К концу года он планирует применить аналогичный подход к гравитонам — гипотетическим квантовым частицам, передающим силу притяжения, а также найти способ математически описать особую версию квантовой гравитации.

Ранее физики предложили измерять расширение Вселенной по гравитационным волнам. Метод может помочь разобраться с одной из главных проблем современной космологии — так называемым «напряжением Хаббла».

Источник обложки: Brookhaven National Laboratory