Nicht bekommen auch noch über den LHC Hinweis eines neuen Teilchens begeistert

Anfang dieser Woche, Physiker am Large Hadron Collider angekündigt würden sie verlockende Spuren eines möglich neue fundamentale Teilchen gefunden – vielleicht ein schwerer Cousin das Higgs-Boson, oder das schwer fassbare Graviton, Quantum Träger von der Schwerkraft.

Der Beweis kommt von zwei separaten, sondern ergänzen, Experimente, bekannt als CMS und ATLAS. Weder berichteten Befund ist fest genug, um Entdeckung, behaupten zwar die Tatsache, dass beide Versuche einen leichten Hauch eines Partikels in genau der gleichen Stelle in den Daten sehen vielversprechend ist. Wie Gizmodo Jamie Condliffe berichtet:

Das CMS-Team hat die Ergebnisse eine statistische Signifikanz von 2,6 Sigma vorgeschrieben, während der ATLAS-Team 3,6 Sigma hat. Diese Sigma-Werte sind ein Maß dafür wie wahrscheinlich die Ergebnisse sind, um das Vorhandensein eines hypothetischen Teilchens vertreten: für ein Ergebnis erzielen, gilt als "Entdeckung" erfordert einen Sigma-Wert von fünf, das eine 1 in 3,5 Millionen Chance, das Ergebnis ist ein einfacher Zufall eher eine tatsächliche Teilchen entspricht. Ein Wert von drei gilt als ein "interessantes" Ergebnis mit eine größere Chance, ein Zufall sein.

Das heißt, es gibt immer noch eine hohe Wahrscheinlichkeit, die dieses bestimmte Signal verschwinden wird, wenn der LHC Wissenschaftler noch mehr Daten sammeln. Es passiert die ganze Zeit in der Teilchenphysik – daher die warnenden Ton angeschlagen von Pretty viel jeder Physiker, die darüber nicht nur noch die Sektkorken pop interviewt worden ist.

Um einen besseren Überblick darüber, warum dies geschieht zu erhalten, werfen wir einen genaueren Blick auf wie der LHC sammelt und analysiert Daten. Die Maschine kollidiert Protonen bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit, und diese hochenergetischen Kollisionen produzieren Duschen von Partikeln. Physiker erkennen die Partikel durch die elektronische Unterschrift, die sie, in Form von atomaren Zerfall Mustern hinterlassen. Quarks bestehen nur für Bruchteile einer Sekunde, bevor sie in andere sekundäre Partikel zerfallen. Da jedes Quark viele verschiedene Möglichkeiten hat der verfallenden, gibt es mehrere mögliche Signaturen, und jeder muss geprüft werden, um festzustellen, welche Partikel zum Zeitpunkt der Kollision anwesend waren.

Ein Kollisionsereignis mit einem Photon-paar von der CMS-Detektor beobachtet. Kredit: CERN

Das ist, warum die Detektoren von ATLAS und CMS verwendet werden benötigt, um zu verfolgen was passiert und Sinn aller Daten. Die Melder fungieren als Filter, Kommissionierung mögliche Unterschriften von einer unbekannten Teilchen aus den Zehntausenden von Signalen erstellt jeder Millionstel einer Sekunde in das Gaspedal. Physiker wissen genau wie viele von jeder Art von Teilchen sie erwarten sollte, in die Daten zu sehen; ab einem bestimmten Schwellenwert übersteigen ist ein vielversprechender Hinweis für mögliche neue Physik (z. B. ein neues Teilchen).

Wenn alles gesagt ist, diese Signale zeigen sich als unerwarteten "Beulen" in den Daten – das ist, warum experimentelle Teilchenphysiker nennen sich häufig "Beule Jäger." Die Sache ist, es ist leicht zu sehen, kleine "Beulen", die nicht wirklich da; statistische Artefakte auftauchen aller Zeiten, besonders während der frühen Daten läuft. Je mehr Daten Sie haben, desto besser die statistische Analyse. Wenn eine kleine "Beule" bleibt bestehen und wird größer – das Signal wird stärker – es ist viel wahrscheinlicher, dass es die Signatur von bona-fide neue Teilchen ist.

Physiker sprechen über Signalstärke in Bezug auf "Sigmas." Wie ich auf der Suche nach dunkler Materie-Teilchen bei Quanta für 2013 Artikel schrieb:

Eine Signalstärke wird durch die Anzahl der standard statistische Abweichungen oder Sigmas vom erwarteten Hintergrund bestimmt. Diese Kennzahl wird oft mit einer Münze Landung auf Kopf mehrere Würfe in Folge verglichen. Ein 3-Sigma-Ergebnis ist ein starker Hinweis, gleichbedeutend mit der Münze Landung auf Köpfe neunmal hintereinander. Aber viele solche Signale Schwächen oder ganz verschwinden, da mehr Daten hereinkommt und sie erweisen sich als um weniger statistisch signifikant zu sein. Der Goldstandard für die Entdeckung ist ein fünf-Sigma Ergebnis, etwa vergleichbar mit 21 Köpfe hintereinander werfen.

Hintergrundgeräusche erschwert die Aufgabe. "Ein"Signal"ist, was Sie gesucht haben." Hintergrund "ist alles, was Ihr Signal ähnelt und macht es schwierig für Sie zu finden," Teilchenphysiker Matthew Strassler schrieb im Juli 2011 Blogpost. Strassler die bevorzugte Analogie versucht, zwei Freunde, die passenden hellen rote Jacken in einem überfüllten Raum mit vielen anderen Menschen auch tragen leuchtende rote Jacken tragen zu finden. Manchmal bekommt man zufällige Cluster rote Jacken getragen von fremden, wodurch Sie irrtümlich feststellen, dass Sie Ihre Freunde gefunden haben.

Eine der Möglichkeiten, die Physiker gegen solche Fehlalarme zu schützen ist durch den Einsatz von sogenannten "Look anderswo bewirken." Du musst auch die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass Sie etwas irgendwo in den Daten sehen würde – nicht nur, dass du eine Beule in diesem bestimmten Ort sehen würde. Sobald diese Wirkung einbezogen wird, fällt die statistische Signifikanz dieses neuesten Signals zu 1,2 Sigma für CMS und 1,9 Sigma für ATLAS.

Das beste, was, das man sagen kann, das ist in anderen Worten, dass die neueste ATLAS und CMS Ergebnisse nicht aussagekräftig sind. An dieser Stelle könnte es so oder so gehen. Zum Beispiel gab zu Beginn dieses Jahres es gemeldeten Hinweise auf mögliche schwerer Cousin das Higgs-Boson sowie Einblicke in mögliche supersymmetrische Teilchen genannt "the Edge". Diese beiden Signale verschwunden in der neuesten Analyse nach mehr Daten zu der Mischung hinzugefügt wurde.

Auf der anderen Seite, wie Dennis Overbye in der New York Times, vor vier Jahren in dieser Woche beobachtet CMS und ATLAS berichtet "bumps verlockende Hinweise auf die noch unentdeckten Higgs-Boson, mit" im gleichen Signalbereich als der neueste Kandidat. Sechs Monate später, hatte sie genug Daten, um die kritische 5-Sigma-Schwelle überschreiten und behaupten Entdeckung angesammelt.

Wir wissen wohl sicher bis zum nächsten Sommer, wenn beide Kooperationen sollen präsentieren laufen ergibt sich aus den neuesten Daten am LHC. "Wir sind in diesem Moment, wenn alles, was wir sagen können, interessant ist, dass es möglicherweise etwas echtes und neu in diese Daten, und wir haben es sehr ernst zu nehmen" Strassler schrieb über die neuen Ergebnisse. "Wir haben auch die statistischen Analysen der diese Beulen ernst zu nehmen, und sie sind nicht so viel versprechend wie diese Beulen vom Auge aussehen."

Oder als Nima Arkani-Hamed, ein Theoretiker am Institute for Advanced Study in Princeton, sagte der New York Times, "während wir sind nirgendwo in der Nähe bewegen Champagner auch nur vage an den Kühlschrank schließen, es ist faszinierend."