E se você pudesse testar uma nova teoria com os dados do Large Hadron Collider (LHC)? Melhor ainda, e se o conhecimento especializado necessário para fazer isso fosse capturado em um formato conveniente? Este grande pedido está agora a caminho da Colaboração ATLAS no CERN, com a primeira versão aberta das probabilidades de análise completa de um experimento do LHC.

"Na física de partículas, experimentalistas desenvolvem um resumo muito rico de medições, que respondem por todos os processos de dispersão relevantes e todas as fontes de incerteza, encapsulado no que chamamos probabilidades , "explica Lukas Heinrich, Pesquisador do CERN trabalhando para o Experimento ATLAS. "Probabilidades permitem que você calcule a probabilidade de que os dados observados em um determinado experimento correspondam a um modelo ou teoria específica. ele resume todos os aspectos de uma análise particular, nas configurações do detector, seleção de eventos, sinais esperados e processos de fundo, às incertezas e modelos teóricos. "Extraordinariamente complexo e crítico para todas as análises, as probabilidades são uma das ferramentas mais valiosas produzidas nos experimentos do LHC. Seu lançamento público agora permitirá que fenomenologistas em todo o mundo explorem os dados do ATLAS de uma maneira totalmente nova.

As probabilidades de abertura do ATLAS estão disponíveis em HEPData, um repositório de acesso aberto para dados experimentais de física de partículas. As primeiras probabilidades abertas foram para uma busca por supersimetria em eventos de colisão próton-próton contendo bósons de Higgs, numerosos jatos de quarks b e momento transversal ausente. "Embora o ATLAS tenha publicado varreduras de probabilidade com foco no bóson de Higgs em 2013, aqueles não expuseram toda a complexidade das medições, "diz Kyle Cranmer, Professor da New York University. "Esperamos que este primeiro lançamento - que oferece todas as probabilidades em toda a sua glória - forme uma nova ponte de comunicação entre teóricos e experimentalistas, enriquecendo o discurso entre as comunidades. "

A busca por uma nova física se beneficiará significativamente das probabilidades abertas. "Se você é um teórico desenvolvendo uma nova ideia, sua primeira pergunta é provável:"Meu modelo já foi excluído por experimentos no LHC? '", diz Giordon Stark, bolsista de pós-doutorado no SCIPP, UC Santa Cruz. "Até agora, não havia uma maneira fácil de responder a isso. "A maioria das pesquisas do LHC se concentra em determinados modelos de referência, dar uma análise detalhada dos dados para fazer uma declaração sobre se o Modelo Padrão é válido ou não nos processos considerados e, se então, quais parâmetros do modelo ainda são permitidos e quais são excluídos pelos dados. Mas, claro, qualquer análise de pesquisa é sensível a vários novos cenários de física.

Usando probabilidades divulgadas publicamente, os teóricos agora serão capazes de alterar a hipótese original estudada pelo ATLAS. Embora tais resultados possam não atingir a precisão do resultado original - dada a etapa faltante de simular os processos putativos no detector ATLAS - eles darão aos teóricos uma avaliação rápida do potencial de sua nova teoria.

Fornecendo as ferramentas para análise aberta

Mas por que você precisa de probabilidades para entender os dados do ATLAS? Como muitos conjuntos de dados científicos públicos, os dados dos experimentos do LHC podem ser impenetráveis ​​sem conhecimento específico do domínio. Antes que comece a fazer sentido, é preciso levar em conta um vasto conjunto de parâmetros de detector e software, bem como modelagem teórica complexa.

"Em vez de, a ATLAS Collaboration se concentrou em recursos de dados abertos, "diz Matthew Feickert, Pesquisador associado de pós-doutorado na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "É nossa responsabilidade minimizar a complexidade que fica entre os teóricos e as informações relevantes do ATLAS. Existem muitas questões valiosas que os teóricos fora do experimento do ATLAS podem nos ajudar a responder, e precisamos fornecer a eles as melhores ferramentas para fazer isso. "

Desde os primeiros dias do LHC, tem havido um forte consenso entre as comunidades da física experimental e teórica de que isso poderia ser feito da melhor maneira com a divulgação pública das probabilidades de análise. Os formatos que foram desenvolvidos internamente pelos experimentos para compartilhar probabilidades não são adequados para publicação ou de fácil uso pela comunidade teórica. "Recentemente, reescrevemos o software para ver as probabilidades de aproveitar as vantagens das estruturas de aprendizado de máquina, e percebemos que também oferecia a oportunidade de abordar o problema de publicação. "explica Heinrich." Também garantimos que escolhemos formatos legíveis por humanos e por máquina com onipresentes, Suporte de longo termo. Dessa maneira, mesmo com a evolução das tecnologias e do software, as probabilidades ainda serão utilizáveis. "

Garantindo o futuro da física aberta

"Pretendemos tornar a divulgação aberta de probabilidades uma parte regular de nosso processo de publicação, e já os disponibilizamos a partir de uma busca pela produção direta de pares de trenós tau, "diz Laura Jeanty, Coordenador do grupo de trabalho de supersimetria do ATLAS. "Nos próximos meses, pretendemos coletar feedback de teóricos fora da colaboração para entender melhor como eles estão usando este novo recurso para refinar ainda mais os lançamentos futuros. "

A divulgação pública das probabilidades totais também trará benefícios significativos para os experimentalistas. "As probabilidades são um ingrediente essencial para combinar análises de diferentes experimentos, "diz Stark, quem organiza as combinações estatísticas dos resultados da supersimetria ATLAS. "À medida que seu lançamento aberto se torna mais comum, Estou ansioso para ver combinações estatísticas em larga escala. "

Em paralelo, os grupos de trabalho de Supersimetria e Exóticos do ATLAS também estabeleceram uma nova abordagem para a preservação de análises. "Essas são partes de nossos esforços para obter resultados ATLAS 'à prova de futuro', "explica Federico Meloni, Coordenador do grupo de trabalho de supersimetria do ATLAS. "À medida que os teóricos desenvolvem novas ideias, Os dados do ATLAS podem precisar ser reexaminados. Como tal, agora estamos arquivando o software e as ferramentas de análise usadas no resultado antes de sua publicação. Isso facilitará futuras reinterpretações dos dados, anos depois. "Quando esses pipelines de análise arquivados são combinados com as probabilidades publicadas, os físicos serão equipados com uma capacidade transformadora:a capacidade de testar uma nova teoria contra os dados de uma forma automatizada.

Juntos, esses desenvolvimentos marcam uma nova abordagem para pesquisas abertas e reproduzíveis no LHC. A ATLAS Collaboration continuará a se concentrar na criação de recursos, ferramentas de acesso aberto preserváveis ​​- como as probabilidades abertas - e aguarda os novos insights atraentes que elas criam.