Intelligens részecskefizika: a hadronok születése

 

Név
Biró Tamás Sándor
Szenior résztvevők: Patkós András, Jakovác Antal, Schram Zsolt, Ván Péter, Barnaföldi Gergely Gábor
Hallgatók: Szendi Zsuzsanna (2017-ig), Pósfay Péter, Homor Marietta (2017-ig), Bíró Gábor, Berényi Dániel, Kaposvári István
Évek
2017 - 2020
Pályázati kategória
Hazai pályázatok

Pályázat

 

Rövid, közérthető leírás nem szakemberek számára:

A részecskefizika az anyag legalapvetőbb, legelemibb részecskéinek a kölcsönhatásait és szerveződési módjait tanulmányozza. A jelenleg igazolt, de számos megmagyarázatlan számértéket tartalmazó Standard Modell olyan magas hőmérsékleten, amely csak a korai forró Univerzumban és a legnagyobb, nemzetközi összefogással épült gyorsítókban érhető el, kvark-gluon plazma jelenlétét majd hadronokká alakulását valószínűsíti. A hadronok keletkezése ma még nem teljesen értett, matematikailag nehezen kezelhető. Kutatásaink ezen hadronizációs folyamat megértésére, statisztikai leírására és az ehhez szükséges adatelemzés algoritmusainak intelligenssé, tanulékonnyá fejlesztésére irányulnak. Matematikai eredményeink várhatóan más komplex, erősen csatolt, hálózatszerűen viselkedő rendszerek leírására is használhatók lesznek, beleértve a pénzpiaci és társadalmi mozgásokat is.

 

Leírás szakemberek számára:

Alapvető célunk a hadronizáció folyamatának legalább statisztikai értelemben kvantitatív megértése, matematikai modellezése. Ez a probléma elméleti nehézségekkel (nemperturbatív erős kölcsönhatás, fizikailag független események véletlen fluktuációi, óriási adatmennyiségből kivonandó néhány ''legjobb'' paraméter meghatározása) terhelt. Vitatott és a szakemberek közösségét megosztó kérdés a hőmérséklet értelmezése és jelenléte a nagyenergiás ütközésekben, különösen a hol a határ kérdése a termikusan leírható nagy rendszerek és a csupán a megismételt események milliói miatt statisztikus, de önmagukban kicsiny ütköző rendszerek dinamikus, vélhetően egyensúlytól távoli evolúciója között. Célunk az ezzel kapcsolatos, óriássá duzzadó kísérleti adatmennyiség feldolgozása egyszerű, néhány-paraméteres elméleti statisztikus modellek nyelvén és ezen kutatási megközelítések illesztéséhez szükséges, újszerű, intelligens algoritmusok kutatása, amelyek az adathalmazon képesek tanulni és egyre hatékonyabban kiszűrni azt, hogy mely paraméterek a legjellemzőbbek és relevánsak a fizikai értelmezés számára. Ezek között lesz várhatóan a "kvarkanyag" hőmérséklete, de olyan további jellemzők is amelyek érzékenyek a termodinamikai limittől való távolságra, mint például a fluktuációk relatív nagysága - és ennek tükröződése a mérthető hadronspektrumokban. A hőmérséklet keletkezését szeretnénk tettenérni mind térelméleti modellekben, mind nemegyensúlyi statisztikus fizikai tárgyalás révén.

A kutatás alapkérdése
A hadronizáció problémája matematikailag nehezen kezelhető, nem-perturbatív, termodinamikailag mikrokanonikus, kísérletileg csak statisztikusan hozzáférhető, a kísérleti adattömeg nagysága miatt a paraméterek mérése nemtriviális eljárásokkal terhelt. Ugyanakkor olyan alapvető fogalmak nyelvén kell megérteni, mint a hőmérséklet, az entrópia, az átmeneti mátrixelemek és a végállapoti fázistér eseményenkénti fluktuációi. Hipotézisünk szerint a térelméleti és a statisztikus fizikai leírás elméleti fegyverzetével számolt jóslatok szembesíthetők a kísérleti adatokból kiolvasott paraméter-trendekkel, kellően intelligens adatelemzési algoritmusok segítségével, úgy, hogy a termikusság/nem termikusság kérdése eldönthető. Perspektívát az ad, hogy a kísérleti hadronspektrumok egyre inkább fizikailag értelmes alosztályokra bonthatók a bombázó energia, a transzverzális impulzus, az azonosított részecskefajta és a multiplicitás szerint.
A termikusság megértése távlatilag a hőmérséklet fogalmának általánosításához is elvezethet.

 

A kutatás jelentősége
Perspektivikusan eldönthetővé válik, hogy a termikus modellek (beleértve az állandó és éles hőmérsékletet feltételező rács-számolásokat is) átadják-e a helyüket a szélesebb értelemben vett (többek közt nemegyensúlyi stacionárius) statisztikai modelleknek az óriás-gyorsítós kísérletekben mért hadronspektrumok értelmezésében. Eközben más, erősen csatolt komplex rendszerek statisztikus és hálózatszerű viselkedéséről általában is tanulunk, ami további fizikai, biológiai vagy társadalmi rendszerek matematikai modellezésében és adatelemzéseiben is távlatilag hasznosulhat.

Egyedi vonása pályázatunknak az, hogy először próbáljuk egyesíteni a nem-egyensúlyi statisztikus fizika, a termodinamika és a tisztán dinamikai perturbatív QCD modelljeit a hadronizáció leírásában. Az ehhez szükséges paraméter-illesztés az egyre növekvő adattömegekhez olyan új, intelligens algoritmusokat kíván, amelyek kidolgozásában a mesterséges intelligencia kutatás legújabb eredményeire kívánunk támaszkodni.

Erősségeink:
1) A probléma centrális fontosságú az elemi erős kölcsönhatás végső megértéséhez;
2) Az elméleti módszerek paradigmaváltása az egyensúlyi és nem-egyensúlyi termodinamikát egyesítő modellek kidolgozásával;
3) A kortárs térelméleti, statisztikus fizikai és algoritmus-fejlesztési kutatások összekapcsolása egy csapatban;
4) A kutatói csapat összetétele kor, kreativitás és szakértelem szerint kiegyensúlyozott.

 

Mérföldkövek:

ACHT (Austria-Croatia-Hungary Triangle; Osztrák-Horvát-Magyar Háromszög) konferencia szervezése és lebonyolítása, Zalakaros. (http://hector.elte.hu/zalakaros17)

UBB STAR fellowship for Biró Tamás a Babes-Bolyai Egyetemen, Kolozsvár (2017.09.28-10.14.)

EPJ A review cikk elfogadása (2017.10.10.) (Biro,Schram,Jenkovszky) arXiv:1707.07912

Simonyi Nap (2017.10.16.) Pósfay Péter előadása: Neutroncsillagok anyaga.

Megjelent cikk: A.Jakovác, I.Kaposvári, A.Patkós,  Physical Review D 96 (2017) 076018, arXiv:1703.00831

Bíró Gábor befejezte vuhani (Kína) kutatóútját (2017.11.06.)

BGL 2017 konferencia hozzájárulás beküldése a "universe" folyóiratnak (Biró, Néda, Telcs) arXiV:1711.02364 Entropic Distance for Nonlinear Master Equations

Biró Tamás előadása az ELTE Részecskefizikai szemináriumon (2017.11.22):  Entropy Production During Hadronization of a Quark-Gluon Plasma

Physica A mini-review beküldés (Biró, Néda) arXiV:1711.11331 Unidirectional Random Growth with Resetting

Szereplések a Zimányi School 2017-en: előadások: Bíró Gábor, Barnaföldi Gergely, Berényi Dániel, Biró Tamás, Pósfay Péter, Ván Péter; elnöklés: Biró Tamás (http://zimanyischool.kfki.hu/17/participants)

Biró Tamás előadása a 16. Bozicni Simpozij Fizikov Univerze v Mariboru (2017.12.16.): Generalized Entropies for Stochastic Models

Physica A 499 (2018) 375, T.S.Biro, Z.Neda, Unidirectional Random Growth with Resetting, review megjelent

Universe 4 (2018) 10, T.S.Biró, A.Telcs, Z.Néda: Entropic Distance for Nopnlinear Master Equation, megjelent

EPJ A 54 (2018) 17, T.S.Biró, Z.Schram, L.Jeszenszky, Entropy Production During Hadronization of a Quark-Gluon Plasma, review megjelent

Physics Letters B 782 (2018) 228, T.S.Biró, V.G.Czinner, H.Ihuchi, P.Ván, Black hole horizons can hide positive heat capacity,letter, megjelent

Biró Tamás előadásai 2018-ban:

Termodinamika és statisztikus fizika a nehézion fizikában (a fekete lyukaktól a népszerűségi statisztikákig) ELTE Budapest 2018 Jan 23

H-tétel részletes egyensúly nélkül, Statisztikus Fizika Nap, MTA, Budapest, 2018 Apr 4

Quantum binding in Newtonian potential: a source for dark energy? Eötvös Loránd Fizikai Társulat Részecskefizikai Nyári iskola, Mátraháza, 2018 Sep 3

State-nonlocal stohastic processes, ACHT 2018, Leibnitz, Austria, 2018. Sep. 26

Black hole horizon themrodynamics and Planck scale, Planck 2018, MTA, Budapest, 2018 Oct 11

Látogatás a Kolozsvári Egytemen, 2018 Okt 20-27

Meghívott előadás a Szlovén Fizikai Társulat karácsonyi szimpóziumán, 2018 Dec 13

Biró Tamás az EASA (European Academy of Science and Arts) tagja lett, ünnepi avatás 2019. Mar. 2.