Ny åben udgivelse fra CERN strømliner interaktioner med teoretiske fysikere

Hvad hvis du kunne teste en ny teori mod data fra Large Hadron Collider (LHC)? Endnu bedre, hvad hvis den nødvendige ekspertviden til at gøre dette blev fanget i et praktisk format? Denne høje ordre er nu på vej fra ATLAS-samarbejdet på CERN, med den første åbne udgivelse af fulde analysesandsynligheder fra et LHC-eksperiment.

"I partikelfysik, eksperimentalister udvikler et meget rigt resumé af målinger, som tager højde for alle relevante spredningsprocesser og enhver kilde til usikkerhed, indkapslet i det vi kalder sandsynligheder , " forklarer Lukas Heinrich, CERN-forsker, der arbejder for ATLAS-eksperimentet. "Sandsynligheder giver dig mulighed for at beregne sandsynligheden for, at de data, der observeres i et bestemt eksperiment, matcher en bestemt model eller teori. Effektivt, den opsummerer alle aspekter af en bestemt analyse, fra detektorindstillingerne, valg af begivenhed, forventede signal- og baggrundsprocesser, til usikkerheder og teoretiske modeller." Ekstraordinært kompleks og kritisk for enhver analyse, sandsynligheder er et af de mest værdifulde værktøjer produceret ved LHC-eksperimenterne. Deres offentlige udgivelse vil nu gøre det muligt for fænomenologer over hele verden at udforske ATLAS-data på en helt ny måde.

ATLAS åbne sandsynligheder er tilgængelige på HEPData, et åbent depot for eksperimentelle partikelfysikdata. De første åbne sandsynligheder, der blev frigivet, var for en søgning efter supersymmetri i proton-proton-kollisionshændelser indeholdende Higgs-bosoner, talrige jetfly af b-kvarker og manglende tværgående momentum. "Mens ATLAS havde offentliggjort sandsynlighedsscanninger med fokus på Higgs boson i 2013, de afslørede ikke den fulde kompleksitet af målingerne, " siger Kyle Cranmer, Professor ved New York University. "Vi håber, at denne første udgivelse - som giver de fulde sandsynligheder i al deres herlighed - vil danne en ny kommunikationsbro mellem teoretikere og eksperimenter, beriger diskursen mellem samfundene."

Søgen efter ny fysik vil drage betydelig fordel af åbne sandsynligheder. "Hvis du er en teoretiker, der udvikler en ny idé, dit første spørgsmål er sandsynligt:​​"Er min model allerede udelukket af eksperimenter på LHC?" siger Giordon Stark, postdoc ved SCIPP, UC Santa Cruz. "Indtil nu, der var ingen nem måde at besvare dette på." De fleste LHC-søgninger fokuserer på visse benchmarkmodeller, give en detaljeret analyse af dataene for at afgive en erklæring om, hvorvidt standardmodellen holder i de betragtede processer og, hvis så, hvilke modelparametre der stadig er tilladt, og hvilke der udelukkes af dataene. Men, selvfølgelig, enhver søgeanalyse er følsom over for adskillige nye fysikscenarier.

Ved at bruge offentligt offentliggjorte sandsynligheder, teoretikere vil nu være i stand til at ændre den oprindelige hypotese studeret af ATLAS. Selvom sådanne resultater muligvis ikke når nøjagtigheden af ​​det oprindelige resultat - givet det manglende trin med at simulere de formodede processer i ATLAS-detektoren - vil de give teoretikere en hurtig vurdering af potentialet i deres nye teori.

Tilvejebringelse af værktøjer til åben analyse

Men hvorfor har du brug for sandsynligheder for at forstå ATLAS-data? Ligesom mange offentlige videnskabelige datasæt, data fra LHC-eksperimenter kan være uigennemtrængelige uden domænespecifik viden. Før det kan begynde at give mening, man skal tage højde for et stort sæt detektor- og softwareparametre, samt kompleks teoretisk modellering.

"I stedet, ATLAS-samarbejdet har fokuseret på åbne dataressourcer, " siger Matthew Feickert, postdoktoral forskningsassistent ved University of Illinois i Urbana-Champaign. "Det er vores ansvar at minimere kompleksiteten, der står mellem teoretikere og den relevante ATLAS-information. Der er mange værdifulde spørgsmål, som teoretikere uden for ATLAS-eksperimentet kan hjælpe os med at besvare, og vi er nødt til at give dem de bedste værktøjer til at gøre det."

Siden de tidlige dage af LHC, der har været stærk konsensus mellem de eksperimentelle og teoretiske fysiksamfund om, at dette bedst kunne gøres ved offentligt at offentliggøre analysesandsynligheder. De formater, der er blevet udviklet internt af eksperimenterne for at dele sandsynligheder, er ikke velegnede til udgivelse eller nem brug af det teoretiske samfund. "For nylig, vi omskrev softwaren for sandsynligheden for at drage fordel af maskinlæringsrammer, og indså, at det også gav mulighed for at løse udgivelsesproblemet." forklarer Heinrich. "Vi sikrede også, at vi valgte menneske- og maskinlæsbare formater med allestedsnærværende, langsigtet støtte. Den vej, selvom teknologier og software udvikler sig, sandsynligheden vil stadig være brugbar."

At sikre fremtiden for åben fysik

"Vi planlægger at gøre den åbne udgivelse af sandsynligheder til en fast del af vores udgivelsesproces, og har allerede gjort dem tilgængelige fra en søgning efter den direkte produktion af tau sleepton par, " siger Laura Jeanty, Indkalder til ATLAS Supersymmetri arbejdsgruppe. "I løbet af de kommende måneder, Vi sigter efter at indsamle feedback fra teoretikere uden for samarbejdet for bedst muligt at forstå, hvordan de bruger denne nye ressource til at forfine fremtidige udgivelser yderligere."

Den offentlige udgivelse af fulde sandsynligheder vil også medføre betydelige fordele for eksperimentelister. "Sandsynlighed er en væsentlig ingrediens for at kombinere analyser fra forskellige eksperimenter, " siger Stark, der organiserer de statistiske kombinationer af ATLAS supersymmetri resultater. "Efterhånden som deres åbne udgivelse bliver mere almindeligt sted, Jeg ser frem til at se større statistiske kombinationer."

Parallelt, arbejdsgrupperne ATLAS Supersymmetry og Exotics har også etableret en ny tilgang til analysebevaring. "Dette er dele af vores bestræbelser på at 'fremtidssikre' ATLAS-resultater, " forklarer Federico Meloni, Indkalder til ATLAS Supersymmetri arbejdsgruppe. "Når teoretikere udvikler nye ideer, ATLAS-data skal muligvis gennemgås igen. Som sådan, vi arkiverer nu softwaren og analyseværktøjerne, der blev brugt i resultatet før dets offentliggørelse. Dette vil lette fremtidige genfortolkninger af dataene, år senere." Når disse arkiverede analysepipelines parres med offentliggjorte sandsynligheder, fysikere vil blive udstyret med en transformativ evne:evnen til at teste en ny teori mod dataene på en automatiseret måde.

Sammen, denne udvikling markerer en ny tilgang til åben og reproducerbar forskning på LHC. ATLAS-samarbejdet vil fortsat fokusere på at skabe rige, bevarbare værktøjer med åben adgang – såsom de åbne sandsynligheder – og ser frem til den overbevisende nye indsigt, de skaber.