En noviembre de 2014, en una primera, movimiento inesperado para el campo de la física de partículas, el experimento Compact Muon Solenoid (CMS), uno de los detectores principales en el acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones:divulgó al público una inmensa cantidad de datos, a través de un sitio web llamado CERN Open Data Portal.

Los datos, registrados y procesados ​​a lo largo del año 2010, ascendió a unos 29 terabytes de información, producido a partir de 300 millones de colisiones individuales de protones de alta energía dentro del detector CMS. El intercambio de estos datos marcó la primera vez que un gran experimento de colisionador de partículas había liberado un caché de información de este tipo al público en general.

Un nuevo estudio de Jesse Thaler, profesor asociado de física en el MIT y defensor desde hace mucho tiempo del acceso abierto en física de partículas, y sus colegas ahora demuestran el valor científico de este movimiento. En un artículo publicado hoy en Cartas de revisión física , los investigadores utilizaron los datos de CMS para revelar, por primera vez, una característica universal dentro de los chorros de partículas subatómicas, que se producen cuando chocan protones de alta energía. Su esfuerzo representa el primer independiente, análisis publicado de los datos abiertos de CMS.

"En nuestro campo de la física de partículas, no existe la tradición de hacer públicos los datos, ", dice Thaler." Obtener datos públicamente sin otras restricciones, eso es algo sin precedentes ".

Parte de la razón por la que los grupos del Gran Colisionador de Hadrones y otros aceleradores de partículas han mantenido el control de propiedad sobre sus datos es la preocupación de que tales datos puedan ser malinterpretados por personas que pueden no tener una comprensión completa de los detectores físicos y cómo sus diversas propiedades complejas pueden ser malinterpretadas. influir en los datos producidos.

"La preocupación era, si hizo públicos los datos, entonces tendrías personas que reclaman evidencia de nueva física cuando en realidad solo fue un problema técnico en el funcionamiento del detector, "Dice Thaler." Creo que se creía que nadie podía venir del exterior y hacer esas correcciones correctamente, y que algún analista deshonesto podría afirmar la existencia de algo que en realidad no estaba allí ".

"Este es un recurso que tenemos ahora, que es nuevo en nuestro campo, ", Añade Thaler." Creo que hubo una renuencia a tratar de profundizar en ello, porque fue duro. Pero nuestro trabajo aquí muestra que podemos entender en general cómo usar estos datos abiertos, que tiene valor científico, y que esto puede ser un trampolín para el análisis futuro de posibilidades más exóticas ".

Los coautores de Thaler son Andrew Larkoski de Reed College, Simone Marzani de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo, y Aashish Tripathee y Wei Xue del Centro de Física Teórica y Laboratorio de Ciencias Nucleares del MIT.

Ver fractales en chorros

Cuando la colaboración de CMS publicó sus datos en 2014, Thaler buscó aplicar nuevas ideas teóricas para analizar la información. Su objetivo era utilizar métodos novedosos para estudiar los chorros producidos por la colisión de protones de alta energía.

Los protones son esencialmente acumulaciones de partículas subatómicas aún más pequeñas llamadas quarks y gluones, que están unidos por interacciones conocidas en el lenguaje de la física como la fuerza fuerte. Una característica de la fuerza fuerte que conocen los físicos desde la década de 1970 describe la forma en que los quarks y los gluones se dividen y dividen repetidamente después de una colisión de alta energía.

Esta característica se puede utilizar para predecir la energía impartida a cada partícula cuando se escinde de un quark o gluón madre. En particular, los físicos pueden usar una ecuación, conocida como ecuación de evolución o función de división, para predecir el patrón de partículas que salen de una colisión inicial, y por lo tanto la estructura general del chorro producido.

"Es este proceso similar a un fractal que describe cómo se forman los chorros, "Dice Thaler." Pero cuando miras un jet en realidad, es realmente desordenado. ¿Cómo pasas de este desorden? jet caótico ¿estás viendo la regla o ecuación de gobierno fundamental que generó ese jet? Es una característica universal y, sin embargo, nunca se ha visto directamente en el chorro que se mide ".

El legado del colisionador

En 2014, el CMS publicó una forma preprocesada de los datos sin procesar de 2010 del detector que contenía una lista exhaustiva de "candidatos de flujo de partículas, "o los tipos de partículas subatómicas que es más probable que se hayan liberado, dadas las energías medidas en el detector después de una colisión.

El año siguiente, Thaler publicó un artículo teórico con Larkoski y Marzani, proponiendo una estrategia para comprender más completamente un jet complicado de una manera que revela la ecuación de evolución fundamental que gobierna su estructura.

"Esta idea no existía antes, "Thaler dice." Que podrías destilar el desorden del jet en un patrón, y ese patrón encajaría maravillosamente en esa ecuación; esto es lo que encontramos cuando aplicamos este método a los datos de CMS ".

Para aplicar su idea teórica, Thaler examinó 750, 000 chorros individuales que se produjeron a partir de colisiones de protones dentro de los datos abiertos de CMS. Miró para ver si el patrón de partículas en esos chorros coincidía con lo que predijo la ecuación de evolución, dadas las energías liberadas de sus respectivas colisiones.

Tomando cada colisión una por una, su equipo analizó el chorro más prominente producido y utilizó algoritmos desarrollados previamente para rastrear y desenredar las energías emitidas a medida que las partículas se escindían una y otra vez. El trabajo de análisis principal fue realizado por Tripathee, como parte de su tesis de licenciatura del MIT, y por Xue.

"Queríamos ver cómo este avión provenía de piezas más pequeñas, "Dice Thaler." La ecuación te dice cómo se comparte la energía cuando las cosas se dividen, y descubrimos que cuando miras un jet y mides cuánta energía se comparte cuando se divide, son lo mismo ".

El equipo pudo revelar la función de división, o ecuación de evolución, combinando información de los 750, 000 jets que estudiaron, mostrando que la ecuación, una característica fundamental de la fuerza fuerte, puede predecir la estructura general de un chorro y las energías de las partículas producidas por la colisión de dos protones.

Si bien esto puede no ser una sorpresa para la mayoría de los físicos, el estudio representa la primera vez que esta ecuación se ve tan claramente en datos experimentales.

"Nadie duda de esta ecuación, pero pudimos exponerlo de una manera nueva, "Dice Thaler." Esta es una clara verificación de que las cosas se comportan de la manera esperada. Y nos da la confianza de que podemos utilizar este tipo de datos abiertos para análisis futuros ".

Thaler espera que su análisis y el de otros de los datos abiertos de CMS estimule otros experimentos de física de partículas grandes para liberar información similar. en parte para preservar sus legados.

"Los colisionadores son grandes esfuerzos, "Dice Thaler." Estos son conjuntos de datos únicos, y debemos asegurarnos de que haya un mecanismo para archivar esa información con el fin de hacer posibles descubrimientos en el futuro utilizando datos antiguos, porque nuestra comprensión teórica cambia con el tiempo. El acceso público es un trampolín para garantizar que estos datos estén disponibles para uso futuro ".