Anomali tabrakan partikel yang mengarah ke fenomena diluar model standar – Sains Terkini

Ketika dua proton bertabrakan, mereka melepaskan pancaran partikel piroteknik, yang rinciannya dapat memberi tahu para ilmuwan tentang sifat fisika dan kekuatan fundamental yang mengatur alam semesta.

Akselerator partikel raksasa seperti Large Hadron Collider dapat menghasilkan miliaran tabrakan tersebut per menit dengan menghancurkan bersama-sama berkas proton dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.

Para ilmuwan kemudian mencari melalui pengukuran tabrakan ini dengan harapan menemukan perilaku aneh, tak terduga di luar buku pedoman fisika yang dikenal sebagai Model Standar.

smashup proton

Sekarang fisikawan MIT telah menemukan cara untuk mengotomatisasi pencarian fisika yang aneh dan berpotensi baru, dengan teknik yang menentukan tingkat kesamaan antara pasangan peristiwa tabrakan.

Dengan cara ini, mereka dapat memperkirakan hubungan di antara ratusan ribu tabrakan dalam smashup proton beam, dan membuat peta geometris peristiwa berdasarkan tingkat kesamaannya.

Para peneliti mengatakan teknik baru mereka adalah yang pertama untuk menghubungkan banyak tumbukan partikel satu sama lain, mirip dengan jejaring sosial.

“Peta jejaring sosial didasarkan pada tingkat konektivitas antara orang-orang, dan misalnya, berapa banyak tetangga yang Anda butuhkan sebelum Anda berpindah dari satu teman ke teman lain,” kata Jesse Thaler, profesor fisika di MIT.

“Itu ide yang sama di sini.”

Thaler mengatakan jejaring sosial dari tabrakan partikel ini dapat memberi peneliti perasaan yang lebih terhubung, dan karenanya lebih khas, peristiwa yang terjadi ketika proton bertabrakan.

Mereka juga dapat dengan cepat menemukan peristiwa yang berbeda, di pinggiran jaringan tabrakan, yang dapat mereka selidiki lebih lanjut untuk fisika yang berpotensi baru.

Dia dan kolaboratornya, mahasiswa pascasarjana Patrick Komiske dan Eric Metodiev, melakukan penelitian di Pusat MIT untuk Fisika Teoritis dan Laboratorium MIT untuk Ilmu Nuklir.

Melihat data secara agnostik

Kelompok Thaler berfokus, sebagian, pada pengembangan teknik untuk menganalisis data terbuka dari LHC dan fasilitas penumbuk partikel lainnya dengan harapan menggali fisika menarik yang mungkin dilewatkan orang lain pada awalnya.

“Memiliki akses ke data publik ini luar biasa,” kata Thaler.

“Tapi itu menakutkan untuk menyaring gunung data ini untuk mencari tahu apa yang terjadi.”

Fisikawan biasanya melihat melalui data collider untuk mengetahui pola spesifik atau energi tabrakan yang mereka yakini menarik berdasarkan prediksi teoretis.

Itulah yang terjadi pada penemuan boson Higgs, partikel elementer yang sulit dipahami yang diprediksi oleh Model Standar.

Sifat-sifat partikel secara teoritis diuraikan secara terperinci tetapi belum diamati sampai 2012, ketika fisikawan, yang mengetahui kira-kira apa yang harus dicari, menemukan tanda tangan dari bos Higgs yang tersembunyi di tengah triliunan tumbukan proton.

Tetapi bagaimana jika partikel menunjukkan perilaku di luar apa yang diprediksi Model Standar, yang oleh fisikawan tidak memiliki teori untuk diantisipasi?

Thaler, Komiske, dan Metodiev telah mendarat di cara baru untuk menyaring data collider tanpa mengetahui sebelumnya apa yang harus dicari.

Daripada mempertimbangkan peristiwa tabrakan tunggal pada suatu waktu, mereka mencari cara untuk membandingkan beberapa peristiwa satu sama lain, dengan gagasan bahwa mungkin dengan menentukan peristiwa mana yang lebih khas dan yang kurang begitu, mereka mungkin memilih outlier dengan berpotensi menarik, perilaku tak terduga.

“Apa yang kami coba lakukan adalah menjadi agnostik tentang apa yang kami pikir adalah fisika baru atau tidak,” kata Metodiev.

“Kami ingin membiarkan data berbicara sendiri.”

Memindahkan kotoran

Data collicle partikel penuh dengan miliaran tabrakan proton, yang masing-masing terdiri dari semprotan partikel secara individu.

Tim menyadari semprotan ini pada dasarnya adalah titik awan – kumpulan titik, mirip dengan titik awan yang mewakili adegan dan objek dalam visi komputer.

Para peneliti di bidang itu telah mengembangkan gudang teknik untuk membandingkan awan titik, misalnya untuk memungkinkan robot mengidentifikasi objek dan hambatan secara akurat di lingkungan mereka.

Metodiev dan Komiske menggunakan teknik yang sama untuk membandingkan awan titik antara pasangan tabrakan dalam data collider partikel.

Secara khusus, mereka mengadaptasi algoritma yang ada yang dirancang untuk menghitung jumlah energi yang optimal, atau “pekerjaan” yang diperlukan untuk mengubah satu titik cloud menjadi yang lain.

Inti dari algoritma ini didasarkan pada ide abstrak yang dikenal sebagai “jarak penggerak bumi.”

“Anda dapat membayangkan endapan energi sebagai kotoran, dan Anda adalah penggerak bumi yang harus memindahkan kotoran itu dari satu tempat ke tempat lain,” Thaler menjelaskan.

“Jumlah keringat yang Anda keluarkan dari satu konfigurasi ke konfigurasi lain adalah gagasan tentang jarak yang kami hitung.”

Dengan kata lain, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk mengatur ulang satu titik awan agar menyerupai yang lain, semakin jauh jaraknya dari segi kesamaannya.

Menerapkan gagasan ini pada data penumbuk partikel, tim mampu menghitung energi optimal yang diperlukan untuk mengubah awan titik tertentu menjadi yang lain, satu pasang pada satu waktu.

Untuk setiap pasangan, mereka menetapkan angka, berdasarkan “jarak”, atau tingkat kesamaan yang mereka hitung di antara keduanya.

Mereka kemudian menganggap setiap titik cloud sebagai satu titik dan mengatur titik-titik ini dalam semacam jejaring sosial.

Tim telah mampu membangun jejaring sosial dengan 100.000 pasang peristiwa tabrakan, dari data terbuka yang disediakan oleh LHC, menggunakan teknik mereka.

Para peneliti berharap bahwa dengan melihat set data tabrakan sebagai jaringan, para ilmuwan mungkin dapat dengan cepat menandai peristiwa yang berpotensi menarik di tepi jaringan tertentu.

“Kami ingin memiliki halaman Instagram untuk semua acara paling gila, atau point cloud, yang direkam oleh LHC pada hari tertentu,” kata Komiske.

“Teknik ini adalah cara yang ideal untuk menentukan gambar itu. Karena kamu hanya menemukan benda yang paling jauh dari yang lain.”

Dataset collider umum yang dibuat tersedia untuk umum biasanya mencakup beberapa juta peristiwa, yang telah dipilih sebelumnya dari kekacauan miliaran tabrakan asli yang terjadi pada saat tertentu dalam akselerator partikel.

Thaler mengatakan tim sedang bekerja pada cara-cara untuk meningkatkan teknik mereka untuk membangun jaringan yang lebih besar, untuk berpotensi memvisualisasikan “bentuk,” atau hubungan umum dalam seluruh kumpulan data tabrakan partikel.

Dalam waktu dekat, ia membayangkan menguji teknik pada data historis yang sekarang diketahui oleh para fisikawan mengandung penemuan-penemuan tonggak, seperti deteksi pertama pada 1995 atas kuark, yang paling masif dari semua partikel elementer yang diketahui.

“Kuark teratas adalah objek yang menimbulkan radiasi lucu dan bercabang tiga ini, yang sangat berbeda dengan semprotan khas satu atau dua cabang,” kata Thaler.

“Jika kita bisa menemukan kembali quark teratas dalam data arsip ini, dengan teknik ini yang tidak perlu tahu apa fisika baru yang dicari, itu akan sangat menarik dan bisa memberi kita kepercayaan diri dalam menerapkan ini pada dataset saat ini, untuk menemukan benda yang lebih eksotis. ”

Penelitian ini didanai, sebagian, oleh Departemen Energi A.S., Yayasan Simons, dan Pencarian MIT untuk Kecerdasan.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.