人工智能如何帮助科学家寻找新粒子?

  • 时间:
  • 浏览:0
  • 来源:彩神app下载_彩神app官方网站登入
  在搜寻新基本粒子的过程中,物理学家老是还还可以 对粒子的行为作出假设,但新的机器学习算法却不让那么做。

  9月13日消息,据国外媒体报道,大型强子对撞机(LHC)还还可以 在一秒钟之内撞击十亿对质子。有时,这台巨大的机器肯能会给现实世界带来惊喜,肯能在少数碰撞中,会产生五种前所未有的东西。后会,只是的惊喜并那么你五种 规律可言,物理学家无须确切知道要寻找你五种 。大伙儿担心,在将数十亿次碰撞所获得的数据梳理成更易管理的数字时,肯能会无意中删掉物理学新理论的证据。在欧洲核子研究中心(CERN)参与超环面仪器(ATLAS)实验的纽约大学粒子物理学家凯尔·克兰默(Kyle Cranmer)说:“大伙儿老是担心当事人会把婴儿和洗澡水并肩倒掉。”

  面对智能数据规约的挑战,五种物理学家尝试使用“宽度神经网络”的机器学习技术来挖掘这俩事件组成的数据海洋,寻找新的物理学大间题。

  在初步使用案例中,宽度神经网络通过研究少量标记为“猫”的图片和标记为“狗”的图片,学习如保区分猫和狗。然而,你五种 最好的最好的措施在寻找新粒子时无须适用,肯能物理学家无法为机器提供大伙儿从未见过的东西的图片。后会,物理学家转而采用所谓的“弱监督学习”(weakly supervised learning)最好的最好的措施,即机器从已知粒子刚开始英文英文英文,利用细化的信息(比如总体上肯能占据 的频率)来寻找罕见事件。

  在今年5月份发表于科学预印本网站arxiv.org上的一篇论文中,三位研究人员提出应用相关策略对“撞击狩猎”(bump hunting)进行扩展。你五种 经典的“粒子狩猎”技术曾用于希格斯玻色子的发现。美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究者本·纳赫曼(Ben Nachman)表示,具体的思路是训练机器在数据集中寻找罕见的变化。

  试想一下,大伙儿还还可以 在猫狗实验的原理基础上做四个 游戏:在充满北美森林观察记录的数据集中寻找新的动物物种。假设任何新的动物物种都倾向于聚集在某个特定的地理区域(与新粒子围绕某个特定质量的概念相对应),那算法就应该还还可以 通过邻近区域的系统比较,将它们挑出来。肯能加拿大不列颠哥伦比亚省刚好有113只驯鹿,美国华盛顿州有19只驯鹿(即使数据集涵盖数百万只松鼠),那程序才能在那么直接研究驯鹿的情况下,法学会将驯鹿与松鼠区分开来。弱监督学习研究者、俄勒冈大学的理论粒子物理学家说:“这也有魔术,但感觉像魔术一样。”

  相比之下,粒子物理学中的传统搜索最好的最好的措施通常要求研究人员对新大间题是你五种 样子做出假设。大伙儿会创建四个 描述新粒子行为的模型。这俩,四个 新粒子肯能有衰变成一大群已知粒子的趋势。那么在定义了所要寻找的东西以前,大伙儿才能设计出自定义的搜索策略。这项工作通常需合适四个 博士研究生合适一年的时间,而纳赫曼认为,你五种 过程还还可以 完成得加快波特率、更彻底。

  有研究者提出了CWoLa算法,即无标签分类(Classification Without Labels),还还可以 搜索任意未知粒子的现有数据,无论该粒子是衰变成四个 这俩型未知粒子,还是四个 这俩型或不这俩型已知粒子。利用常规的搜索模型,LHC合作 机构肯能还还可以 合适20年时间来寻找后五种情况的肯能性,而目前对前五种情况的搜索仍那么任何结果。参与ATLAS项目的纳赫曼表示,CWoLa算法还还可以 一次完成所有你五种 工作。

  五种实验粒子物理学家也认为,这将是四个 很有价值的项目。在ATLAS项目中搜寻新粒子碰撞的物理学家凯特·帕查尔(Kate Pachal)说:“大伙儿肯能分析了五种可预测的区域,后会接下来大伙儿要刚开始英文英文英文填补你五种 尚未分析的角落,这是很重要的四个 方向。”去年,她和五种同事就在尝试设计五种灵活的软件,对一系列不同质量的粒子进行处置,但大伙儿中那么人对机器学习有足够的了解。“让我 现在是尝试一下的以前了,”帕查尔说道。

  宽度神经网络有希望在不促使目前建模工作的数据中发现微妙的相关性。五种机器学习技术肯能成功提高了LHC进行特定任务的波特率,比如识别由底夸克粒子产生的“喷注”。在这项工作中,物理学家毫无大间题也会错过五种信号。加州大学欧文分校的粒子物理学家丹尼尔·怀特森(Daniel Whiteson)说:“大伙儿把信息遗留在桌面上,而当你在四个 机器上花了30亿美元,你不让想把信息留在桌子上。”

  不过,机器学习着实充满了程序将手臂混淆为哑铃的警示故事(甚至还有更糟糕的情况)。对于LHC,许多人担心机器学习的“捷径”最终反映的是LHC机器五种的各种小大间题,而你五种 大间题正是实验物理学家努力要我忽视的。ATLAS项目的物理学家蒂尔·艾费特(Till Eifert)问道:“当你发现四个 异常时,你着实它是新物理学突破呢,还是探测器占据 了你五种 有意思的情况?”