Tänk om du kunde testa en ny teori mot data från Large Hadron Collider (LHC)? Ännu bättre, vad händer om expertkunskapen som behövs för att göra detta fångades i ett bekvämt format? Denna höga order är nu på väg från ATLAS Collaboration på CERN, med den första öppna versionen av sannolikheter för fullständig analys från ett LHC-experiment.

"Inom partikelfysik, experimentalister utvecklar en mycket rik sammanfattning av mätningar, som står för alla relevanta spridningsprocesser och varje källa till osäkerhet, inkapslad i det vi kallar sannolikheter , " förklarar Lukas Heinrich, CERN-forskare som arbetar för ATLAS-experimentet. "Sannolikheter låter dig beräkna sannolikheten för att data som observerats i ett visst experiment matchar en specifik modell eller teori. Effektivt, den sammanfattar varje aspekt av en viss analys, från detektorinställningarna, val av evenemang, förväntade signal- och bakgrundsprocesser, till osäkerheter och teoretiska modeller." Utomordentligt komplex och kritisk för varje analys, sannolikheter är ett av de mest värdefulla verktygen som producerades vid LHC-experimenten. Deras offentliga release kommer nu att göra det möjligt för fenomenologer runt om i världen att utforska ATLAS-data på ett helt nytt sätt.

ATLAS öppna sannolikheter är tillgängliga på HEPData, ett förvar med öppen tillgång för experimentell partikelfysikdata. De första öppna sannolikheterna som släpptes var en sökning efter supersymmetri i proton-protonkollisionshändelser som innehåller Higgs-bosoner, många jetstrålar av b-kvarkar och saknade tvärgående momentum. "Medan ATLAS hade publicerat sannolikhetsskanningar fokuserade på Higgs-bosonen 2013, de avslöjade inte mätningarnas fulla komplexitet, " säger Kyle Cranmer, Professor vid New York University. "Vi hoppas att den här första utgåvan – som ger alla sannolikheter i all ära – kommer att bilda en ny kommunikationsbro mellan teoretiker och experimentalister, berika diskursen mellan samhällena."

Sökandet efter ny fysik kommer att dra stor nytta av öppna sannolikheter. "Om du är en teoretiker som utvecklar en ny idé, din första fråga är trolig:"Är min modell redan utesluten av experiment på LHC?" säger Giordon Stark, postdoktor vid SCIPP, UC Santa Cruz. "Tills nu, det fanns inget enkelt sätt att svara på detta." De flesta LHC-sökningar fokuserar på vissa benchmarkmodeller, ge en detaljerad analys av data för att göra ett uttalande om huruvida standardmodellen håller i de övervägda processerna och, om så är fallet, vilka modellparametrar som fortfarande är tillåtna och vilka som exkluderas av data. Men, självklart, alla sökanalyser är känsliga för många nya fysikscenarier.

Genom att använda offentligt publicerade sannolikheter, teoretiker kommer nu att kunna ändra den ursprungliga hypotesen som studerats av ATLAS. Även om sådana resultat kanske inte når exaktheten av det ursprungliga resultatet - med tanke på det saknade steget att simulera de förmodade processerna i ATLAS-detektorn - kommer de att ge teoretiker en snabb bedömning av potentialen i deras nya teori.

Tillhandahåller verktygen för öppen analys

Men varför behöver du sannolikheter för att förstå ATLAS-data? Liksom många offentliga vetenskapliga datauppsättningar, data från LHC-experiment kan vara ogenomträngliga utan domänspecifik kunskap. Innan det kan börja bli vettigt, man måste ta hänsyn till en stor uppsättning detektor- och mjukvaruparametrar, samt komplex teoretisk modellering.

"Istället, ATLAS Collaboration har fokuserat på öppna dataresurser, " säger Matthew Feickert, postdoktor vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Det är vårt ansvar att minimera komplexiteten som står mellan teoretiker och relevant ATLAS-information. Det finns många värdefulla frågor som teoretiker utanför ATLAS-experimentet kan hjälpa oss att besvara, och vi måste ge dem de bästa verktygen för att göra det."

Sedan de första dagarna av LHC, Det har funnits en stark konsensus mellan de experimentella och teoretiska fysikgemenskaperna om att detta bäst skulle kunna göras genom att offentligt släppa analyssannolikheter. Formaten som har utvecklats internt av experimenten för att dela sannolikheter är inte väl lämpade för publicering eller lätt att använda av den teoretiska gemenskapen. "Nyligen, vi skrev om programvaran för sannolikhet att dra nytta av ramverk för maskininlärning, och insåg att det också erbjöd möjligheten att ta itu med publiceringsproblemet." förklarar Heinrich. "Vi såg också till att vi valde mänskliga och maskinläsbara format med allestädes närvarande, långsiktigt stöd. På det sättet, även när teknik och mjukvara utvecklas, sannolikheterna kommer fortfarande att vara användbara."

Säkerställa framtiden för öppen fysik

"Vi planerar att göra det öppna släppet av sannolikheter till en regelbunden del av vår publiceringsprocess, och har redan gjort dem tillgängliga från en sökning efter direkt produktion av tau sleepton-par, säger Laura Jeanty, Sammankallande av ATLAS Supersymmetri arbetsgrupp. "Under de kommande månaderna, Vi strävar efter att samla in feedback från teoretiker utanför samarbetet för att på bästa sätt förstå hur de använder den här nya resursen för att ytterligare förfina framtida utgåvor."

Det offentliga släppet av fullständiga sannolikheter kommer också att föra med sig betydande fördelar för experimentalister. "Sannolikheter är en viktig ingrediens för att kombinera analyser från olika experiment, säger Stark, som organiserar de statistiska kombinationerna av ATLAS-supersymmetriresultat. "När deras öppna frigivning blir vanligare, Jag ser fram emot att se statistiska kombinationer i större skala."

Parallellt, arbetsgrupperna ATLAS Supersymmetry och Exotics har också etablerat ett nytt tillvägagångssätt för analysbevarande. "Detta är delar av våra ansträngningar att 'framtidssäkra' ATLAS-resultat, " förklarar Federico Meloni, ATLAS Supersymmetri arbetsgrupp sammankallande. "När teoretiker utvecklar nya idéer, ATLAS-data kan behöva granskas på nytt. Som sådan, vi arkiverar nu programvaran och analysverktygen som används i resultatet innan det publiceras. Detta kommer att underlätta framtida omtolkningar av data, år framåt." När dessa arkiverade analyspipelines paras ihop med publicerade sannolikheter, fysiker kommer att vara utrustade med en transformativ förmåga:förmågan att testa en ny teori mot data på ett automatiserat sätt.

Tillsammans, denna utveckling markerar ett nytt förhållningssätt till öppen och reproducerbar forskning vid LHC. ATLAS Collaboration kommer att fortsätta fokusera på att skapa rika, bevarabara verktyg för öppen åtkomst – som de öppna sannolikheterna – och ser fram emot de övertygande nya insikterna de skapar.