¿Qué pasaría si pudiera probar una nueva teoría con datos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)? Mejor todavía, ¿Qué pasaría si el conocimiento experto necesario para hacer esto se capturara en un formato conveniente? Esta gran tarea está en camino desde la Colaboración ATLAS en el CERN, con la primera publicación abierta de las probabilidades de análisis completo de un experimento del LHC.

"En física de partículas, los experimentadores desarrollan un resumen muy rico de mediciones, que dan cuenta de todos los procesos de dispersión relevantes y todas las fuentes de incertidumbre, encapsulado en lo que llamamos probabilidades , "explica Lukas Heinrich, Becario de investigación del CERN que trabaja para el Experimento ATLAS. "Las probabilidades le permiten calcular la probabilidad de que los datos observados en un experimento en particular coincidan con un modelo o teoría específicos. Efectivamente, resume todos los aspectos de un análisis en particular, desde la configuración del detector, selección de eventos, Procesos esperados de señal y fondo, a incertidumbres y modelos teóricos. "Extraordinariamente complejo y crítico para cada análisis, Las probabilidades son una de las herramientas más valiosas producidas en los experimentos del LHC. Su lanzamiento público permitirá ahora a los fenomenólogos de todo el mundo explorar los datos de ATLAS de una manera completamente nueva.

Las probabilidades abiertas de ATLAS están disponibles en HEPData, un repositorio de acceso abierto para datos experimentales de física de partículas. Las primeras probabilidades abiertas publicadas fueron para una búsqueda de supersimetría en eventos de colisión protón-protón que contienen bosones de Higgs, numerosos chorros de b-quarks y falta de impulso transversal. "Si bien ATLAS había publicado exploraciones de probabilidad centradas en el bosón de Higgs en 2013, aquellos que no exponen toda la complejidad de las mediciones, "dice Kyle Cranmer, Profesor de la Universidad de Nueva York. "Esperamos que este primer lanzamiento, que proporciona todas las probabilidades en todo su esplendor, forme un nuevo puente de comunicación entre teóricos y experimentadores, enriqueciendo el discurso entre las comunidades ".

La búsqueda de nueva física se beneficiará significativamente de las probabilidades abiertas. "Si eres un teórico que está desarrollando una nueva idea, su primera pregunta es probable:"¿Mi modelo ya ha sido excluido por experimentos en el LHC?", dice Giordon Stark. becario postdoctoral en SCIPP, UC Santa Cruz. "Hasta ahora, no había una forma fácil de responder a esta pregunta. "La mayoría de las búsquedas de LHC se centran en determinados modelos de referencia, dar un análisis detallado de los datos para hacer una declaración sobre si el Modelo Estándar se mantiene o no en los procesos considerados y, si es así, qué parámetros del modelo todavía están permitidos y cuáles están excluidos por los datos. Pero, por supuesto, cualquier análisis de búsqueda es sensible a numerosos escenarios físicos nuevos.

Usando probabilidades publicadas, los teóricos ahora podrán alterar la hipótesis original estudiada por ATLAS. Si bien estos resultados pueden no alcanzar la precisión del resultado original, dado el paso que faltaba para simular los procesos putativos en el detector ATLAS, brindarán a los teóricos una evaluación rápida del potencial de su nueva teoría.

Proporcionar las herramientas para el análisis abierto

Pero, ¿por qué necesita probabilidades para comprender los datos de ATLAS? Como muchos conjuntos de datos científicos públicos, Los datos de los experimentos del LHC pueden ser impenetrables sin un conocimiento específico del dominio. Antes de que empiece a tener sentido, es necesario tener en cuenta un amplio conjunto de parámetros de software y detectores, así como modelado teórico complejo.

"En lugar de, la colaboración ATLAS se ha centrado en los recursos de datos abiertos, "dice Matthew Feickert, asociado de investigación postdoctoral en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Es nuestra responsabilidad minimizar la complejidad que se interpone entre los teóricos y la información relevante de ATLAS. Hay muchas preguntas valiosas que los teóricos fuera del experimento de ATLAS pueden ayudarnos a responder, y tenemos que darles las mejores herramientas para hacerlo ".

Desde los primeros días del LHC, Ha habido un fuerte consenso entre las comunidades de física experimental y teórica de que la mejor manera de hacerlo es divulgar públicamente las probabilidades de análisis. Los formatos que han sido desarrollados internamente por los experimentos para compartir probabilidades no son adecuados para la publicación o el uso fácil por parte de la comunidad teórica. "Recientemente, reescribimos el software para ver las probabilidades de aprovechar los marcos de aprendizaje automático, y nos dimos cuenta de que también ofrecía la oportunidad de abordar el problema de la publicación ", explica Heinrich." También nos aseguramos de elegir formatos legibles por humanos y máquinas con ubicuos, Soporte a largo plazo. De esa manera, incluso a medida que evolucionan las tecnologías y el software, las probabilidades seguirán siendo utilizables ".

Asegurando el futuro de la física abierta

"Planeamos hacer que la publicación abierta de probabilidades sea una parte regular de nuestro proceso de publicación, y ya los he puesto a disposición a partir de una búsqueda de la producción directa de pares de tau slepton, "dice Laura Jeanty, Coordinador del grupo de trabajo de supersimetría ATLAS. "Durante los próximos meses, Nuestro objetivo es recopilar comentarios de teóricos ajenos a la colaboración para comprender mejor cómo están utilizando este nuevo recurso para perfeccionar las versiones futuras ".

La publicación pública de las probabilidades totales también traerá consigo importantes beneficios para los experimentadores. "Las probabilidades son un ingrediente esencial para combinar análisis de diferentes experimentos, "dice Stark, que organiza las combinaciones estadísticas de los resultados de supersimetría ATLAS. "A medida que su lanzamiento abierto se vuelve más común, Espero ver combinaciones estadísticas a mayor escala ".

En paralelo, Los grupos de trabajo de Supersimetría y Exóticos de ATLAS también han establecido un nuevo enfoque para la preservación del análisis. "Estos son parte de nuestros esfuerzos para obtener resultados de ATLAS 'preparados para el futuro', "explica Federico Meloni, Coordinador del grupo de trabajo de supersimetría ATLAS. "A medida que los teóricos desarrollan nuevas ideas, Es posible que sea necesario volver a examinar los datos de ATLAS. Como tal, ahora estamos archivando el software y las herramientas de análisis utilizadas en el resultado antes de su publicación. Esto facilitará futuras reinterpretaciones de los datos, años después ". Cuando estas canalizaciones de análisis archivadas se combinan con las probabilidades publicadas, Los físicos estarán equipados con una capacidad transformadora:la capacidad de probar una nueva teoría contra los datos de forma automatizada.

Juntos, estos desarrollos marcan un nuevo enfoque para la investigación abierta y reproducible en el LHC. La Colaboración ATLAS continuará enfocándose en crear ricos, herramientas de acceso abierto que se pueden conservar, como las probabilidades abiertas, y espera con interés los nuevos conocimientos convincentes que crean.