E se potessi testare una nuova teoria rispetto ai dati del Large Hadron Collider (LHC)? Meglio ancora, cosa accadrebbe se le conoscenze specialistiche necessarie per farlo venissero acquisite in un formato conveniente? Questo compito arduo è ora in arrivo dalla collaborazione ATLAS al CERN, con la prima versione aperta delle probabilità di analisi complete da un esperimento di LHC.

"Nella fisica delle particelle, sperimentali sviluppano una sintesi molto ricca di misurazioni, che tengono conto di tutti i processi di dispersione rilevanti e di ogni fonte di incertezza, incapsulato in ciò che chiamiamo probabilità , " spiega Lukas Heinrich, Assegnista di ricerca del CERN che lavora per l'esperimento ATLAS. "Le probabilità ti consentono di calcolare la probabilità che i dati osservati in un particolare esperimento corrispondano a un modello oa una teoria specifici. In effetti, riassume ogni aspetto di una particolare analisi, dalle impostazioni del rilevatore, selezione dell'evento, segnali attesi e processi in background, alle incertezze e ai modelli teorici." Straordinariamente complesso e critico per ogni analisi, le verosimiglianze sono uno degli strumenti più preziosi prodotti negli esperimenti di LHC. Il loro rilascio pubblico consentirà ora ai fenomenologi di tutto il mondo di esplorare i dati ATLAS in un modo completamente nuovo.

Le verosimiglianze aperte di ATLAS sono disponibili su HEPData, un archivio ad accesso aperto per i dati di fisica delle particelle sperimentali. Le prime verosimiglianze aperte rilasciate riguardavano la ricerca della supersimmetria negli eventi di collisione protone-protone contenenti bosoni di Higgs, numerosi getti di quark b e momento trasversale mancante. "Mentre ATLAS aveva pubblicato scansioni di probabilità incentrate sul bosone di Higgs nel 2013, quelli non hanno esposto la piena complessità delle misurazioni, "dice Kyle Cranmer, Professore alla New York University. "Speriamo che questa prima versione, che fornisce tutte le probabilità in tutta la loro gloria, crei un nuovo ponte di comunicazione tra teorici e sperimentali, arricchendo il discorso tra le comunità».

La ricerca di nuova fisica beneficerà in modo significativo delle verosimiglianze aperte. "Se sei un teorico che sviluppa una nuova idea, la tua prima domanda è probabile:"Il mio modello è già escluso dagli esperimenti all'LHC?" dice Giordon Stark, borsista post-dottorato presso SCIPP, UC Santa Cruz. "Fino ad ora, non c'era un modo semplice per rispondere a questa domanda." La maggior parte delle ricerche di LHC si concentra su alcuni modelli di riferimento, fornire un'analisi dettagliata dei dati per fare una dichiarazione sulla validità o meno del Modello Standard nei processi considerati e, se è così, quali parametri del modello sono ancora consentiti e quali sono esclusi dai dati. Ma, Certo, qualsiasi analisi di ricerca è sensibile a numerosi nuovi scenari fisici.

Utilizzando probabilità rilasciate pubblicamente, i teorici saranno ora in grado di alterare l'ipotesi originale studiata da ATLAS. Sebbene tali risultati potrebbero non raggiungere l'accuratezza del risultato originale, dato il passaggio mancante della simulazione dei processi putativi nel rivelatore ATLAS, forniranno ai teorici una rapida valutazione del potenziale della loro nuova teoria.

Fornire gli strumenti per l'analisi aperta

Ma perché hai bisogno di probabilità per comprendere i dati ATLAS? Come molti set di dati scientifici pubblici, i dati degli esperimenti di LHC possono essere impenetrabili senza una conoscenza specifica del dominio. Prima che possa iniziare ad avere un senso, è necessario tenere conto di un vasto insieme di rivelatori e parametri software, così come modelli teorici complessi.

"Anziché, la collaborazione ATLAS si è concentrata su risorse di dati aperti, "dice Matthew Feickert, ricercatore associato post-dottorato presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. "È nostra responsabilità ridurre al minimo la complessità che si frappone tra i teorici e le informazioni pertinenti di ATLAS. Ci sono molte domande preziose a cui i teorici al di fuori dell'esperimento ATLAS possono aiutarci a rispondere, e dobbiamo dare loro gli strumenti migliori per farlo".

Fin dai primi giorni dell'LHC, c'è stato un forte consenso tra le comunità di fisica sperimentale e teorica che ciò potrebbe essere fatto meglio rilasciando pubblicamente le probabilità di analisi. I formati che sono stati sviluppati internamente dagli esperimenti per condividere le probabilità non sono adatti per la pubblicazione o per un facile utilizzo da parte della comunità teorica. "Recentemente, abbiamo riscritto il software per le probabilità di sfruttare i framework di machine learning, e ci siamo resi conto che offriva anche l'opportunità di affrontare il problema della pubblicazione." spiega Heinrich. "Ci siamo anche assicurati di scegliere formati leggibili dall'uomo e dalla macchina con onnipresenti, supporto a lungo termine. Quel modo, anche se le tecnologie e il software si evolvono, le probabilità saranno ancora utilizzabili."

Garantire il futuro della fisica aperta

"Abbiamo in programma di rendere il rilascio aperto delle verosimiglianze una parte regolare del nostro processo di pubblicazione, e li hanno già resi disponibili da una ricerca per la produzione diretta di coppie di tau slepton, "dice Laura Jeanty, Coordinatore del gruppo di lavoro ATLAS Supersymmetry. "Nei prossimi mesi, miriamo a raccogliere feedback dai teorici al di fuori della collaborazione per capire meglio come stanno usando questa nuova risorsa per perfezionare ulteriormente le versioni future."

Il rilascio pubblico di tutte le verosimiglianze porterà anche vantaggi significativi per gli sperimentatori. "Le probabilità sono un ingrediente essenziale per combinare analisi di diversi esperimenti, "dice Stark, che organizza le combinazioni statistiche dei risultati della supersimmetria ATLAS. "Mentre il loro rilascio aperto diventa un luogo più comune, Non vedo l'ora di vedere combinazioni statistiche su scala più ampia".

In parallelo, i gruppi di lavoro ATLAS Supersymmetry ed Exotics hanno anche stabilito un nuovo approccio alla conservazione dell'analisi. "Queste sono parti dei nostri sforzi per risultati ATLAS 'a prova di futuro', " spiega Federico Meloni, Coordinatore del gruppo di lavoro ATLAS Supersymmetry. "Mentre i teorici sviluppano nuove idee, Potrebbe essere necessario riesaminare i dati ATLAS. Come tale, stiamo ora archiviando il software e gli strumenti di analisi utilizzati nel risultato prima della sua pubblicazione. Ciò faciliterà le future reinterpretazioni dei dati, anni lungo la linea." Quando queste pipeline di analisi archiviate sono abbinate a probabilità pubblicate, i fisici saranno dotati di una capacità trasformativa:la capacità di testare una nuova teoria rispetto ai dati in modo automatizzato.

Insieme, questi sviluppi segnano un nuovo approccio alla ricerca aperta e riproducibile presso l'LHC. La collaborazione ATLAS continuerà a concentrarsi sulla creazione di ricche, strumenti ad accesso aperto conservabili, come le probabilità aperte, e attende con impazienza le nuove avvincenti intuizioni che creano.