Et si vous pouviez tester une nouvelle théorie par rapport aux données du Grand collisionneur de hadrons (LHC) ? Mieux encore, Et si les connaissances spécialisées nécessaires pour ce faire étaient capturées dans un format pratique ? Cette commande importante est maintenant en route depuis la collaboration ATLAS au CERN, avec la première publication ouverte des probabilités d'analyse complètes d'une expérience LHC.

« En physique des particules, les expérimentateurs élaborent une synthèse très riche des mesures, qui tiennent compte de tous les processus de diffusion pertinents et de toutes les sources d'incertitude, encapsulé dans ce que nous appelons probabilités , " explique Lukas Heinrich, Chercheur CERN travaillant pour l'expérience ATLAS. "Les probabilités vous permettent de calculer la probabilité que les données observées dans une expérience particulière correspondent à un modèle ou à une théorie spécifique. En effet, il résume tous les aspects d'une analyse particulière, depuis les réglages du détecteur, sélection d'événements, processus de signal et de bruit de fond attendus, aux incertitudes et aux modèles théoriques." Extraordinairement complexe et critique pour chaque analyse, les probabilités sont l'un des outils les plus précieux produits dans les expériences LHC. Leur diffusion publique permettra désormais aux phénoménologues du monde entier d'explorer les données ATLAS d'une toute nouvelle manière.

Les vraisemblances ouvertes ATLAS sont disponibles sur HEPData, un référentiel en libre accès pour les données expérimentales de physique des particules. Les premières probabilités ouvertes publiées concernaient une recherche de supersymétrie dans des événements de collision proton-proton contenant des bosons de Higgs, nombreux jets de quarks b et quantité de mouvement transverse manquante. "Alors qu'ATLAS avait publié des analyses de probabilité axées sur le boson de Higgs en 2013, ceux-ci n'exposaient pas toute la complexité des mesures, " dit Kyle Cranmer, Professeur à l'Université de New York. "Nous espérons que cette première version, qui fournit toutes les vraisemblances dans toute leur splendeur, formera un nouveau pont de communication entre les théoriciens et les expérimentateurs, enrichissant le discours entre les communautés.

La recherche d'une nouvelle physique bénéficiera considérablement des vraisemblances ouvertes. « Si vous êtes un théoricien qui développe une nouvelle idée, votre première question est vraisemblablement :« Mon modèle est-il déjà exclu par les expériences au LHC ? » », déclare Giordon Stark, chercheur postdoctoral au SCIPP, UC Santa Cruz. "Jusqu'à maintenant, il n'y avait pas de moyen simple de répondre à cela. » La plupart des recherches sur le LHC se concentrent sur certains modèles de référence, donner une analyse détaillée des données pour faire une déclaration sur la validité ou non du modèle standard dans les processus considérés et, si c'est le cas, quels paramètres du modèle sont encore autorisés et lesquels sont exclus par les données. Mais, bien sûr, toute analyse de recherche est sensible à de nombreux nouveaux scénarios de physique.

En utilisant des probabilités rendues publiques, les théoriciens pourront désormais modifier l'hypothèse originale étudiée par ATLAS. Bien que de tels résultats puissent ne pas atteindre la précision du résultat d'origine, étant donné l'étape manquante consistant à simuler les processus putatifs dans le détecteur ATLAS, ils donneront aux théoriciens une évaluation rapide du potentiel de leur nouvelle théorie.

Fournir les outils pour une analyse ouverte

Mais pourquoi avez-vous besoin de probabilités pour comprendre les données ATLAS ? Comme de nombreux ensembles de données scientifiques publiques, les données des expériences LHC peuvent être impénétrables sans connaissances spécifiques au domaine. Avant que cela puisse commencer à avoir du sens, il faut tenir compte d'un vaste ensemble de paramètres de détecteur et de logiciel, ainsi qu'une modélisation théorique complexe.

"Au lieu, la collaboration ATLAS s'est concentrée sur les ressources de données ouvertes, " dit Matthieu Feickert, associé de recherche postdoctoral à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. "Il est de notre responsabilité de minimiser la complexité qui se dresse entre les théoriciens et les informations ATLAS pertinentes. Il existe de nombreuses questions précieuses auxquelles les théoriciens en dehors de l'expérience ATLAS peuvent nous aider à répondre, et nous devons leur donner les meilleurs outils pour le faire."

Depuis les débuts du LHC, il y a eu un fort consensus entre les communautés de physique expérimentale et théorique que cela pourrait être mieux fait en publiant publiquement les probabilités d'analyse. Les formats qui ont été développés en interne par les expériences pour partager les vraisemblances ne sont pas bien adaptés à la publication ou à l'utilisation facile par la communauté théorique. "Récemment, nous avons réécrit le logiciel pour les vraisemblances afin de tirer parti des frameworks d'apprentissage automatique, et s'est rendu compte qu'il offrait également l'opportunité de résoudre le problème de l'édition. " explique Heinrich. " Nous avons également veillé à choisir des formats lisibles par l'homme et la machine avec des Soutien à long terme. De cette façon, alors même que les technologies et les logiciels évoluent, les probabilités seront toujours utilisables."

Assurer l'avenir de la physique ouverte

« Nous prévoyons de faire de la publication ouverte des probabilités une partie régulière de notre processus de publication, et les ont déjà mis à disposition à partir d'une recherche de production directe de couples tau-slepton, " dit Laura Jeanty, Animateur du groupe de travail sur la supersymétrie d'ATLAS. « Au cours des prochains mois, nous visons à recueillir les commentaires des théoriciens en dehors de la collaboration pour mieux comprendre comment ils utilisent cette nouvelle ressource pour affiner davantage les futures versions. »

La diffusion publique des probabilités complètes apportera également des avantages significatifs pour les expérimentateurs. « Les probabilités sont un ingrédient essentiel pour combiner les analyses de différentes expériences, " dit Stark, qui organise les combinaisons statistiques des résultats de la supersymétrie d'ATLAS. « Alors que leur libération ouverte devient plus courante, J'ai hâte de voir des combinaisons statistiques à plus grande échelle."

En parallèle, les groupes de travail ATLAS Supersymétrie et Exotiques ont également mis en place une nouvelle approche de la préservation de l'analyse. « Ceci fait partie de nos efforts pour « assurer l'avenir » des résultats d'ATLAS, " explique Federico Meloni, Animateur du groupe de travail sur la supersymétrie d'ATLAS. « Alors que les théoriciens développent de nouvelles idées, Les données ATLAS devront peut-être être réexaminées. En tant que tel, nous archivons désormais les logiciels et outils d'analyse utilisés dans le résultat avant sa publication. Cela facilitera les futures réinterprétations des données, ans plus tard." Lorsque ces pipelines d'analyse archivés sont associés à des probabilités publiées, les physiciens seront dotés d'une capacité de transformation :la capacité de tester une nouvelle théorie par rapport aux données de manière automatisée.

Ensemble, ces développements marquent une nouvelle approche de la recherche ouverte et reproductible au LHC. La collaboration ATLAS continuera de se concentrer sur la création de riches, des outils d'accès libre préservables, tels que les probabilités ouvertes, et attend avec impatience les nouvelles informations convaincantes qu'ils créent.