Данные, зарегистрированные и обработанные в течение 2010 года, составили приблизительно 29 терабайт информации, к которой приводят от 300 миллионов отдельных столкновений высокоэнергетических протонов в датчике CMS. Разделение этих данных отметило в первый раз, когда любой основной эксперимент коллайдера частицы выпустил такой информационный тайник широкой публике.Новое исследование Джесси Тэлера, адъюнкт-профессора физики в MIT и давнем защитнике открытого доступа в физике элементарных частиц и его коллегах теперь демонстрирует научную ценность этого движения.
В работе, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи использовали данные CMS, чтобы показать, впервые, универсальную особенность в самолетах субатомных частиц, которые произведены, когда высокоэнергетические протоны сталкиваются. Их усилие представляет первый независимый, изданный анализ CMS открытые данные.«В нашей области физики элементарных частиц нет традиции того, чтобы обнародовать данные», говорит Тэлер. «Чтобы на самом деле получить данные публично без других ограничений – это беспрецедентно».Часть причины, которую группы в Большом Коллайдере Адрона и других ускорителях частиц держали собственным захватом над своими данными, является озабоченностью, что такие данные могли быть неправильно истолкованы людьми, у которых может не быть полного понимания физических датчиков и как их различные сложные свойства могут влиять на произведенные данные.
«Беспокойство было, если бы Вы обнародовали данные, тогда у Вас были бы люди, требующие доказательств новой физики, когда на самом деле это было просто затруднение в том, как датчик работал», говорит Тэлер. «Я думаю, что считалось, что никто не мог прибыть из внешней стороны и сделать те исправления правильно, и что некоторый аналитик жулика мог требовать существования чего-то, что не было действительно там».«Это – ресурс, который мы теперь имеем, который является новым в нашей области», добавляет Тэлер. «Я думаю, что было нежелание попытаться вырыть в него, потому что это было твердо. Но наша работа здесь показывает, что мы можем понять в целом, как использовать эти открытые данные, что у этого есть научная стоимость, и что это может быть стартовой площадкой для будущего анализа более экзотических возможностей».
Соавторы Тэлера – Эндрю Ларкоский из Рид-Колледжа, Симон Марзани из государственного университета Нью-Йорка в Буффало, и Аэшиша Трипэти и Вэй Сюэ из Центра MIT Теоретической Физики и Лаборатории для Ядерной Науки.Наблюдение fractals в самолетахКогда сотрудничество CMS публично выпустило свои данные в 2014, Тэлер стремился применить новые теоретические идеи проанализировать информацию. Его цель состояла в том, чтобы использовать новые методы, чтобы изучить самолеты, произведенные из высокоэнергетического столкновения протонов.
Протоны – по существу накопления еще меньших субатомных частиц, названных кварком и глюонами, которые связаны взаимодействиями, известными в языке физики как сильное взаимодействие. Одна особенность сильного взаимодействия, которое было известно физикам с 1970-х, описывает путь, на который кварк и глюоны неоднократно разделение и делятся после высокоэнергетического столкновения.Эта функция может быть использована, чтобы предсказать энергию, переданную каждой частице, поскольку это раскалывает от кварка матери или глюона.
В частности, физики могут использовать уравнение, известное как уравнение эволюции или разделяющий функцию, чтобы предсказать образец частиц, которые распыляют из начального столкновения, и поэтому полной структуры произведенного самолета.«Именно этот как будто рекурсивный процесс описывает, как самолеты сформированы», говорит Тэлер. «Но когда Вы смотрите на самолет в действительности, это действительно грязно. Как Вы идете от этого грязного, хаотического самолета, который Вы видите к фундаментальному управляющему правилу или уравнению, которое произвело тот самолет?
Это – универсальная особенность, и все же это непосредственно никогда не замечалось в самолете, это измерено».Наследие коллайдераВ 2014 CMS выпустил предварительно обработанную форму 2 010 исходных данных датчика, которые содержали исчерпывающий список «кандидатов потока частицы» или типы субатомных частиц, которые, скорее всего, будут выпущены, даны энергии, измеренные в датчике после столкновения.В следующем году Thaler опубликовал теоретическую работу с Ларкоским и Марзэни, предложив стратегию более полно понять сложный самолет способом, который показал фундаментальное уравнение эволюции, управляющее его структурой.
«Эта идея не существовала прежде», говорит Тэлер. «То, что Вы могли дистиллировать беспорядок самолета в образец, и тот образец будет соответствовать красиво на то уравнение – это – то, что мы нашли, когда мы применили этот метод к данным CMS».Чтобы применить его теоретическую идею, Thaler исследовал 750 000 отдельных самолетов, которые были произведены из протонных столкновений в CMS открытые данные. Он надеялся видеть, соответствовал ли образец частиц в тех самолетах тому, что уравнение эволюции предсказало, учитывая энергии, выпущенные от их соответствующих столкновений.
Беря каждое столкновение один за другим, его команда посмотрела на самый видный произведенный самолет и использовала ранее разработанные алгоритмы, чтобы проследить и распутать энергии, испускаемые как частицы, расколотые снова и снова. Основная аналитическая работа была выполнена Tripathee как часть его тезиса степени бакалавра MIT, и Сюэ.
«Мы хотели видеть, как этот самолет прибыл из мелких кусочков», говорит Тэлер. «Уравнение говорит Вам, как энергия разделена, когда вещи разделялись, и мы нашли, когда Вы смотрите на самолет и имеете размеры, сколько энергии разделено, когда они разделяются, они – то же самое».Команда смогла показать разделяющуюся функцию или уравнение эволюции, объединив информацию от всех 750 000 самолетов, которые они изучили, показав, что уравнение – фундаментальная особенность сильного взаимодействия – может действительно предсказать полную структуру самолета и энергии частиц, произведенных из столкновения двух протонов.В то время как это может не обычно быть удивлением большинству физиков, исследование представляет в первый раз, когда это уравнение было замечено так ясно в экспериментальных данных.«Никто не сомневается относительно этого уравнения, но мы смогли выставить его по-новому», говорит Тэлер. «Это – чистая проверка, что вещи ведут себя способ, которым Вы ожидали бы.
И это вселяет нам веру, что мы можем использовать этот вид открытых данных для будущих исследований».Тэлер надеется свой и анализ других CMS, открытые данные побудят другие большие эксперименты физики элементарных частиц выпускать подобную информацию, частично сохранять их наследие.
«Коллайдеры – большие усилия», говорит Тэлер. «Это уникальные наборы данных, и мы должны удостовериться, что есть механизм, чтобы заархивировать ту информацию, чтобы потенциально сделать открытия, в конечном счете используя старые данные, потому что наше теоретическое понимание изменяется со временем. Открытый доступ – стартовая площадка для проверки, что эти данные доступны для будущего использования».