All’inizio di questa settimana, i fisici del Large Hadron Collider ha annunciato che non avevo trovato allettante tracce di una possibile nuova fondamentali delle particelle — forse un po ‘ più pesante cugino del bosone di Higgs, o lo sfuggente gravitone, un quantum vettore della forza di gravità.
La prova viene da due distinti, ma complementari, esperimenti, noto come CMS e ATLAS. Né segnalato l’individuazione è abbastanza solido per rivendicare la scoperta, anche se il fatto che entrambi gli esperimenti vedere un leggero sentore di una particella esattamente nello stesso posto, nei dati è promettente. Come Gizmodo Jamie Condliffe segnalati in precedenza:
Il CMS squadra ha prescritto i risultati di una significatività statistica di 2,6 sigma, mentre l’ATLANTE della squadra è di 3,6 sigma. Questi sigma valori sono una misura di quanto è probabile che i risultati sono a rappresentare la presenza di un ipotizzato particella: per un risultato ad essere considerata una ‘scoperta’ richiede un sigma valore di cinque, il che equivale a un 1-a-3,5 milioni di probabilità che il risultato di un semplice colpo di fortuna, piuttosto che un effettivo delle particelle. Un valore di tre è considerato un risultato “interessante”, con una maggiore possibilità di essere una coincidenza.
Detto questo, c’è ancora una forte probabilità che questo particolare segnale scompare come l’LHC raccogliere ancora altri dati. Succede tutto il tempo nella fisica delle particelle — da qui la nota di cautela colpito praticamente ogni fisico che è stato intervistato non pop i tappi di spumante appena ancora.
Per ottenere una migliore idea del perché questo accade, diamo un’occhiata più da vicino a come LHC raccoglie e analizza i dati. La macchina va a collidere protoni a velocità prossime alla velocità della luce, e quelle ad alta energia di collisione produrre una pioggia di particelle. I fisici riconoscere le particelle dalle firme elettroniche lasciano dietro di loro, nella forma di decadimento nucleare modelli. I quark esistono solo per una frazione di secondo prima che decadono in altre particelle secondarie. Dal momento che ogni quark ha molti modi diversi di decomposizione, non ci sono più firme possibili, e ognuno deve essere esaminato per determinare che le particelle erano presenti al momento della collisione.
Un evento di collisione con una coppia di fotoni osservati dal rivelatore CMS. Credito: CERN
Sponsorizzato
Ecco perché i rivelatori utilizzati da ATLAS e CMS sono necessari per tenere traccia di ciò che sta accadendo e dare un senso a tutti i dati. I rilevatori di agire come un filtro, la raccolta di firme possibili di uno sconosciuto di particelle di decine di migliaia di segnali generati ogni milionesimo di secondo all’interno dell’acceleratore. I fisici sanno proprio come molti di ciascun tipo di particella, si dovrebbe aspettare di vedere i dati: l’eventuale eccesso al di sopra di una certa soglia, è un promettente suggerimento di una possibile nuova fisica (come una nuova particella).
Quando è tutto detto e fatto, quei segnali mostrano come imprevisto “dossi” i dati — che è il motivo sperimentale delle particelle fisici spesso si chiamano “bump cacciatori.” La cosa è, è facile vedere piccole protuberanze” che non sono veramente lì, statistici artefatti raccolto tutto il tempo, soprattutto durante i primi mesi di dati viene eseguito. Più dati si hanno, meglio è l’analisi statistica. Se una piccola “spinta” persiste e diventa più grande — il segnale diventa più forte — è molto più probabile che la firma di un bona fide nuova particella.
I fisici parlano di intensità del segnale in termini di “sigmas.” Come ho scritto a Quanta 2013 articolo a caccia di particelle di materia oscura:
Un segnale di forza è determinata dal numero di deviazioni statistiche, o sigmas, dal fondo. Questa metrica è spesso paragonato a un atterraggio di moneta sulla testa diversi lanci di fila. Una tre-sigma risultato è un forte sentore, equivalente alla moneta atterraggio sulla testa nove volte di fila. Ma molti di questi segnali di indebolire o scomparire del tutto, come più dati e che rappresentano meno statisticamente significativa. Il gold standard per la scoperta di cinque sigma risultato, comparabile a lanciare 21 teste in fila.
Il rumore di sottofondo rende il compito più difficile. “Un ‘segnale’ è quello che stai cercando. ‘Sfondo’ è tutto il resto che ricorda il segnale e lo rende difficile per voi di trovare” fisico delle particelle Matteo Strassler scrisse nel luglio 2011 post di blog. Strassler favorito analogia sta cercando di trovare due amici che indossano corrispondenti rosso brillante giacche in una stanza affollata con un sacco di altre persone, inoltre, che indossa un rosso brillante giacche. A volte si ottiene casuale a grappoli di giacche rosse indossate da sconosciuti, causando a concludere erroneamente che hai trovato i tuoi amici.
Uno dei modi fisici guardia contro questi tipi di falsi positivi è utilizzando ciò che è noto come il “Guardare Altrove”. Devi anche calcolare la probabilità che si dovrebbe vedere qualcosa ovunque nel data — e non solo si dovrebbe vedere un urto in quel particolare luogo. Una volta che l’effetto è preso in considerazione, la significatività statistica di questo ultimo segnale scende a 1,2 sigma per il CMS e 1,9 sigma per ATLAS.
Il meglio che si può dire, in altre parole, è che le ultime ATLAS e CMS, i risultati non sono conclusivi. A questo punto, potrebbe andare in entrambi i modi. Per esempio, all’inizio di quest’anno, ci sono stati segnalati gli indizi su una possibile pesante cugino del bosone di Higgs, come pure scorci di una possibile supersimmetrici delle particelle soprannominato “the edge.” Entrambi i segnali scomparso in ultima analisi, dopo più dati è stato aggiunto al mix.
D’altra parte, come Dennis Overbye osservato il New York Times, quattro anni fa questa settimana, CMS e ATLAS segnalato stuzzicanti note di la ancora da scoprire il bosone di Higgs, con “salti” nella stessa gamma di segnale di quanto l’ultimo candidato. Sei mesi dopo, che aveva accumulato una quantità di dati sufficiente per superare la critica 5-sigma soglia di reclamo e della scoperta.
Noi probabilmente sapere con certezza entro la prossima estate, quando sia le collaborazioni si prevede di presentare i risultati più recenti dati a LHC. “Siamo in quel momento interessante quando tutto ciò che possiamo dire è che ci potrebbe essere qualcosa di vero e di nuovo in questa data, e che dobbiamo prendere molto sul serio,” Strassler ha scritto circa i nuovi risultati. “Dobbiamo anche prendere l’analisi statistica di questi dossi sul serio, e non sono promettenti, in quanto questi dossi look occhio.”
O come Nima Arkani-Hamed, un teorico presso l’Institute for Advanced Study di Princeton, ha detto al New York Times, “Mentre siamo in nessun posto vicino movimento champagne anche vagamente vicino al frigorifero, è intrigante.”