Plus tôt cette semaine, les physiciens au Grand Collisionneur de Hadrons a annoncé qu’ils avaient trouvé alléchantes les traces d’une nouvelle particule élémentaire — peut-être un plus lourd cousin du boson de Higgs, ou l’insaisissable graviton, un quantum de transporteur de la force de gravité.
La preuve vient de deux distincts, mais complémentaires, des expériences, connu comme CMS et ATLAS. Ni observation est suffisamment solide pour revendiquer la découverte, bien que le fait que les deux expériences, voir une légère pointe d’une particule dans exactement au même endroit dans les données est prometteur. Comme Gizmodo Jamie Condliffe signalé plus tôt:
Le CMS équipe a prescrit les résultats d’une signification statistique de 2,6 sigma, tandis que l’équipe de l’ATLAS a 3.6 sigma. Ces sigma valeurs sont une mesure de la probabilité que les résultats sont pour représenter la présence d’une hypothèse de particules: par conséquent être considérée comme une “découverte” nécessite un sigma valeur de cinq ans, ce qui équivaut à un 1-de 3,5 millions de chance d’, le résultat étant une simple fluke plutôt une particule actuelle. Une valeur de trois, est réputée être une “intéressant” résultat, avec une plus grande chance d’être une coïncidence.
Cela dit, il y a toujours une forte probabilité que ce signal disparaît comme le LHC scientifiques de collecter encore plus de données. Il arrive tout le temps dans la physique des particules — d’où la mise en garde frappé par à peu près chaque physicien qui a été interviewé à ce sujet de ne pas éclater les bouchons de champagne.
Pour avoir une meilleure idée de pourquoi cela se produit, nous allons jeter un oeil de plus près à la façon dont le LHC collecte et analyse de données. La machine entre en collision des protons à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, et ceux de haute énergie des collisions produisent des gerbes de particules. Les physiciens reconnaissent les particules par les signatures électroniques, ils laissent derrière eux, dans la forme de la désintégration nucléaire modèles. Les Quarks n’existent que pour quelques fractions de seconde avant qu’ils se désintègrent en d’autres particules secondaires. Depuis chaque quark a de nombreuses façons différentes de décomposition, il y a plusieurs signatures, et chacun d’eux doit être examiné afin de déterminer quelles sont les particules qui étaient présents au moment de la collision.
Un événement de collision avec une paire de photons observés par le détecteur CMS. Crédit: CERN
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C’est pourquoi les détecteurs utilisés par ATLAS et CMS sont nécessaires pour garder une trace de ce qui se passe et donner du sens à toutes les données. Les détecteurs d’agir comme un filtre, la cueillette de signatures d’une particule inconnue de la des dizaines de milliers de signaux créés chaque millionième de seconde à l’intérieur de l’accélérateur. Les physiciens savent précisément combien de chaque type de particule, ils doivent s’attendre à voir dans les données; tout excédent au-dessus d’un certain seuil, est un bon indicateur d’une possible nouvelle physique (comme une nouvelle particule).
Quand tout est dit et fait, ces signaux montrent qu’inattendu “bosses” dans la base de données c’est pourquoi expérimentale des physiciens des particules s’appellent souvent “bosse des chasseurs.” La chose est, il est facile de voir de petites “bosses” qui ne sont pas vraiment là; statistiques artefacts surgissent tout le temps, surtout au début de données s’exécute. Plus les données que vous avez, le mieux de l’analyse statistique. Si une petite “bosse” persiste et devient plus grand — le signal devient plus fort — il est beaucoup plus probable que c’est la signature d’un bona fide de nouvelles particules.
Les physiciens parlent de la puissance du signal en termes de “sigmas.” Comme je l’ai écrit à Quanta pour 2013 article sur la chasse pour des particules de matières sombres:
Une puissance du signal est déterminé par le nombre de standard écarts statistiques, ou sigmas, à partir de l’arrière-plan. Cette mesure est souvent comparé à une pièce de monnaie à l’atterrissage sur la tête de plusieurs jette dans une rangée. Un trois-sigma résultat est un indice, équivalente à la pièce d’atterrissage sur la tête de neuf fois de suite. Mais beaucoup de ces signaux affaiblissent ou disparaissent complètement en plus de données arrive et ils se révèlent être moins statistiquement significative. La norme d’or pour la découverte d’une durée de cinq sigma résultat, à peu près comparables à lancer de 21 chefs dans une rangée.
Le bruit de fond rend la tâche plus difficile. “Un “signal” est ce que vous cherchez. “Toile de fond” est tout autre chose qui ressemble à votre signal et rend difficile pour vous de le trouver,” physicien des particules Matthieu Strassler a écrit dans un rapport de juillet 2011 blog. Strassler privilégié de l’analogie est d’essayer de trouver deux amis le port correspondant lumineux rouge vestes dans une salle bondée avec beaucoup d’autres personnes portant un rouge vif vestes. Parfois, vous obtenez aléatoire de grappes de blousons rouges, porté par des inconnus, vous amenant à conclure à tort que vous avez trouvé vos amis.
L’un des moyens les physiciens se prémunir contre ces sortes de faux positifs est en utilisant ce qui est connu comme le “Regarder Ailleurs.” Vous avez également à calculer la probabilité que vous pouvez voir quelque chose de n’importe où dans la base de données et pas seulement que vous pouvez voir une bosse à cet endroit particulier. Une fois que cet effet est pris en compte, la signification statistique de cette dernière signal de baisse à 1.2 sigma pour la CMS et de 1,9 sigma pour l’ATLAS.
Le mieux que vous pouvez dire, en d’autres termes, est que le dernier ATLAS et CMS résultats ne sont pas concluants. À ce stade, il pourrait aller de toute façon. Par exemple, plus tôt cette année, il y a des indices d’une possible plus lourd cousin du boson de Higgs, ainsi que des aperçus d’un possible particule supersymétrique surnommé “le bord.” Ces deux signaux ont disparu dans la dernière analyse, après plus de données ont été ajoutés au mélange.
D’autre part, comme Dennis Overbye observée dans le New York Times, il y a quatre ans cette semaine, CMS et ATLAS ont rapporté des allusions alléchantes du encore inconnues, le boson de Higgs, avec des “bosses” dans la même gamme de signal que le dernier candidat. Six mois plus tard, ils avaient accumulé suffisamment de données pour dépasser la critique 5-sigma seuil de revendication et de découverte.
Nous saurons probablement pour assurer d’ici l’été prochain, lorsque les deux collaborations sont attendus pour présenter les résultats de la plus récente des données du LHC. “Nous sommes en ce moment intéressant quand tout ce que nous pouvons dire, c’est qu’il y a peut être quelque chose de réel et de nouveau dans cette de données, et nous devons prendre très au sérieux,” Strassler écrit au sujet de nouveaux résultats. “Nous avons aussi à prendre les analyses statistiques de ces bosses sérieusement, et ils ne sont pas aussi prometteur que ces bosses regarder par les yeux.”
Ou comme Nima Arkani-Hamed, un théoricien de l’Institute for Advanced Study à Princeton, dit le New York Times, “Alors que nous ne sommes pas près de déplacement de champagne, même vaguement, à proximité du réfrigérateur, il est intriguant.”