Είναι ελεύθερα τα δεδομένα του Compact Muon Solenoid (CMS) προς όλους, τα οποία επιβεβαιώνουν τα υποατομικά μοτίβα σωματιδίων.
Το Νοέμβριο του 2014, σε μια πρώτη, απροσδόκητη κίνηση για το πεδίο της σωματιδιακής φυσικής, το πείραμα Compact Muon Solenoid (CMS) – ένας από τους κύριους ανιχνευτές στον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο κρατούσε τα μυστικά του για πολλά έτη, μακριά από τα βλέμματα της δημοσιότητας, όμως ο Large Hadron Collider διέρρευσε μεγάλες ποσότητες δεδομένων, μέσω μιας ιστοσελίδας που ονομάζεται CERN Open Data Portal.
Τα δεδομένα, που καταγράφηκαν και υποβλήθηκαν σε επεξεργασία καθ ‘όλη τη διάρκεια του έτους 2010, ανήλθαν σε περίπου 29 terabytes πληροφοριών, που προέκυψαν από 300 εκατομμύρια μεμονωμένες συγκρούσεις πρωτονίων υψηλής ενέργειας εντός του ανιχνευτή CMS. Η κοινοχρησία αυτών των δεδομένων σηματοδότησε την πρώτη φορά που ένα μεγάλο πείραμα μείωσης σωματιδίων είχε κυκλοφορήσει μια τέτοια κρυφή μνήμη πληροφοριών στο ευρύ κοινό.
Μια νέα μελέτη του Jesse Thaler, αναπληρωτή καθηγητή φυσικής στο MIT και ενός μακροχρόνιου υποστηρικτή της ανοικτής πρόσβασης στη φυσική των σωματιδίων , και οι συνεργάτες του δείχνουν τώρα την επιστημονική αξία αυτής της κίνησης. Σε μια ανάρτηση που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Physical Review Letters , οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα δεδομένα CMS για να αποκαλύψουν για πρώτη φορά ένα παγκόσμιο χαρακτηριστικό μέσα σε πίδακες υποατομικών σωματιδίων που παράγονται όταν συγκρούονται πρωτόνια υψηλής ενέργειας. Η προσπάθειά τους αντιπροσωπεύει την πρώτη ανεξάρτητη δημοσιευμένη ανάλυση των ανοικτών δεδομένων του CMS.
“Στο πεδίο της φυσικής των σωματιδίων, δεν υπάρχει η παράδοση της δημοσίευσης των δεδομένων”, λέει ο Thaler. “Για να αποκτήσετε δεδομένα δημοσίως χωρίς άλλους περιορισμούς – κάτι τέτοιο θα θεωρούνταν πρωτοφανές, κι όμως έγινε”.
Μέρος των ομάδων λόγων στο Large Hadron Collider και άλλοι επιταχυντές σωματιδίων έχουν κρατήσει την κατοχή των δεδομένων τους και αυτή η μυστικοπάθεια προκαλεί ανησυχία ότι τέτοια δεδομένα θα μπορούσαν να παρερμηνευθούν από άτομα που μπορεί να μην έχουν πλήρη κατανόηση των φυσικών ανιχνευτών και πώς οι διάφορες σύνθετες ιδιότητες τους επηρεάζουν τα παραγόμενα δεδομένα.
“Το κυριότερο ζήτημα σε παρελθόντα έτη ήταν ότι αν γινόντουσαν τα δεδομένα δημόσια, τότε υπήρχαν άνθρωποι που θα διεκδικούσαν τα στοιχεία για τη νέα τάξη πραγμάτων στη φυσική όταν στην πραγματικότητα ήταν απλώς ένα πρόβλημα στο πώς λειτουργεί ο ανιχνευτής”, λέει ο Thaler. “Νομίζω ότι πιστεύεται ότι κανείς δεν θα μπορούσε να έρθει από το εξωτερικό και να κάνει αυτές τις διορθώσεις σωστά, και ότι κάποιος κακός αναλυτής θα μπορούσε να ισχυριστεί την ύπαρξη κάτι που δεν ήταν πραγματικά εκεί”.
“Αυτός είναι ένας πόρος που διαθέτουμε τώρα, ο οποίος είναι καιρός να αναπτυχθεί περαιτέρω ο τομέας μας”, προσθέτει ο Thaler. “Νομίζω ότι υπήρξε μια απροθυμία να προσπαθήσουμε να συνεισφέρουμε όλοι σε αυτήν την επιστημονική διαδικασία, γιατί ήταν δύσκολο. Αλλά το έργο μας εδώ δείχνει ότι μπορούμε να κατανοήσουμε γενικά πώς να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα ανοιχτά δεδομένα, ότι έχει επιστημονική αξία και ότι αυτό μπορεί να είναι ένα βήμα στη μελλοντική ανάλυση των πιο εξωτικών δυνατοτήτων”.
Οι συν-συγγραφείς του Thaler είναι ο Andrew Larkoski του Reed College, Ο Simone Marzani του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης στο Μπάφαλο και οι Aashish Tripathee και Wei Xue του Κέντρου Θεωρητικής Φυσικής του MIT και του Εργαστηρίου Πυρηνικής Επιστήμης του MIT.
Όταν η συνεργασία του CMS δημοσιοποίησε τα δεδομένα της το 2014, η Thaler προσπάθησε να εφαρμόσει νέες θεωρητικές ιδέες για την ανάλυση των πληροφοριών. Ο στόχος του ήταν να χρησιμοποιήσει νέες μεθόδους για να μελετήσει τα αεριωθούμενα σωματίδια που παράγονται από τη σύγκρουση υψηλής ενέργειας των πρωτονίων.
Τα πρωτόνια είναι ουσιαστικά συσσωρεύσεις ακόμη μικρότερων υποατομικών σωματιδίων που ονομάζονται κουάρκ και γλουόνια, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με αλληλεπιδράσεις γνωστές στη φυσική γλώσσα ως ισχυρή δύναμη. Ένα χαρακτηριστικό της ισχυρής δύναμης που ήταν γνωστή στους φυσικούς από τη δεκαετία του ’70 περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο τα κουάρκς και οι γλουόνες διαιρούνται επανειλημμένα και ξανά διαιρούνται μετά από μια σύγκρουση υψηλής ενέργειας.
Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της ενέργειας που προσδίδεται σε κάθε σωματίδιο καθώς αποσπάται από το μητρικό κουάρκ ή το γκλουόνιο. Συγκεκριμένα, οι φυσικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια εξίσωση , γνωστή ως εξίσωση εξέλιξης ή λειτουργία διαίρεσης, για να προβλέψει το πρότυπο των σωματιδίων που εκτοξεύονται από μια αρχική σύγκρουση και επομένως τη συνολική δομή του αεριωθούμενου αερίου που παράγεται.
Η κληρονομιά του Collider.
Το 2014, το CMS κυκλοφόρησε μια προεπεξεργασμένη μορφή των πρωτογενών δεδομένων του 2010 του ανιχνευτή που περιείχε έναν εξαντλητικό κατάλογο των “υποψηφίων για την ροή σωματιδίων” ή των τύπων υποατομικών σωματιδίων που πιθανότατα απελευθερώθηκαν, δεδομένων των ενεργειών που μετρήθηκαν στον ανιχνευτή μετά από μια σύγκρουση.
Το επόμενο έτος, ο Thaler δημοσίευσε ένα θεωρητικό έγγραφο με τους Larkoski και Marzani, προτείνοντας μια στρατηγική για την πληρέστερη κατανόηση ενός σύνθετου αεριωθούμενου αεροσκάφους με τρόπο που αποκάλυψε τη θεμελιώδη εξίσωση εξέλιξης που διέπει τη δομή του.
“Αυτή η ιδέα δεν είχε υπάρξει πριν,” λέει ο Thaler. “Ότι θα μπορούσατε να αποστάζετε την ακαταστασία του αεριωθούμενου αεροπλάνου σε ένα μοτίβο και αυτό το μοτίβο θα ταιριάζει όμορφα σε αυτή την εξίσωση – αυτό βρήκαμε όταν εφαρμόσαμε αυτή τη μέθοδο στα δεδομένα του CMS”.
Για να εφαρμόσει τη θεωρητική του ιδέα, ο Thaler εξέτασε 750.000 μεμονωμένα τζετ που παράχθηκαν από συγκρούσεις πρωτονίων μέσα στα ανοιχτά δεδομένα του CMS. Κοίταξε να δει αν το μοτίβο των σωματιδίων σε αυτά τα τζετ ταιριάζει με αυτό που πρόβλεψε η εξίσωση της εξέλιξης, δεδομένης της ενέργειας που απελευθερώθηκε από τις αντίστοιχες συγκρούσεις.
Λαμβάνοντας κάθε σύγκρουση μία προς μία, η ομάδα του εξέτασε το πιο εμφανές τζετ που παράγει και χρησιμοποίησε προηγουμένως αναπτυχθέντες αλγόριθμους για την ανίχνευση και την απομάκρυνση των ενεργειών που εκπέμπονται καθώς τα σωματίδια διασπώνται ξανά και ξανά. Το πρωταρχικό έργο ανάλυσης πραγματοποιήθηκε από τον Tripathee, ως μέρος της διπλωματικής εργασίας του MIT και από τον Xue.
“Θέλαμε να δούμε πώς αυτό το τζετ διέπεται από μικρότερα κομμάτια”, λέει ο Thaler. “Η εξίσωση σας λέει πώς κατανέμεται η ενέργεια όταν τα πράγματα χωρίζονται και βρήκαμε ότι όταν κοιτάζετε ένα τζετ και μετράτε πόση ενέργεια μοιράζεται όταν χωρίζονται, είναι το ίδιο πράγμα”.
Η ομάδα μπόρεσε να αποκαλύψει τη συνάρτηση διάσπασης ή την εξίσωση εξέλιξης συνδυάζοντας πληροφορίες από όλα τα 750.000 jets που μελετούσαν, δείχνοντας ότι η εξίσωση – βασικό χαρακτηριστικό της ισχυρής δύναμης – μπορεί πραγματικά να προβλέψει τη συνολική δομή ενός αεριωθούμενου αερίου και τις ενέργειες σωματιδίων που παράγονται από τη σύγκρουση δύο πρωτονίων.
Αν και αυτό δεν μπορεί γενικά να αποτελεί έκπληξη για τους περισσότερους φυσικούς, η μελέτη αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που αυτή η εξίσωση έχει δει τόσο σαφώς σε πειραματικά δεδομένα.
“Κανείς δεν αμφισβητεί αυτήν την εξίσωση, αλλά ήμασταν σε θέση να το εκθέσουμε με έναν νέο τρόπο”, λέει ο Thaler. “Αυτή είναι μια καθαρή επαλήθευση ότι τα πράγματα συμπεριφέρονται με τον τρόπο που θα περιμέναμε. Και μας δίνει την πεποίθηση ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το είδος ανοιχτών δεδομένων για μελλοντικές αναλύσεις.”
Ο Thaler ελπίζει ότι η δικήτου, όσο και των άλλων για τα ανοικτά δεδομένα του CMS θα ωθήσει σε νέα πειράματα μεγάλης σωματιδιακής φυσικής που θα απελευθερώσουν παρόμοιες πληροφορίες, εν μέρει για να διατηρήσουν τις κληρονομιές τους.
Ο Thaler πρόσθεσε “Αυτά είναι μοναδικά σύνολα δεδομένων και πρέπει να βεβαιωθούμε ότι υπάρχει ένας μηχανισμός για την αρχειοθέτηση των πληροφοριών αυτών, προκειμένου να καταστούν οι ανακαλύψεις διαθέσιμες προς το ευρύ κοινό για το καλό της κοινωνίας, επειδή η θεωρητική μας κατανόηση αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. οπότε είναι ένα θετικό σημάδι πως τούτα τα δεδομένα θα είναι διαθέσιμα και για μελλοντική χρήση”.
 προς όλους, τα οποία επιβεβαιώνουν τα υποατομικά μοτίβα σωματιδίων.){kind=link}