當兩個質(zhì)子碰撞時，會釋放出煙火般的粒子噴流，這些粒子噴流的細節(jié)，可以告訴科學家一些關(guān)于物理學的本質(zhì)以及控制宇宙的基本力量。巨大的粒子加速器，如大型強子對撞機，通過以接近光速的速度將質(zhì)子束撞在一起，每分鐘可以產(chǎn)生數(shù)十億次這樣的碰撞。

然后，科學家們通過對這些碰撞的測量進行研究，希望能發(fā)現(xiàn)一些古怪、不可預(yù)測的行為，這些行為超出了物理學中公認的標準模型。

現(xiàn)在，麻省理工學院的物理學家們找到了一種方法，可以通過一種確定碰撞事件對之間相似程度的技術(shù)，自動搜索陌生、可能是新的物理學。通過這種方法，可以估計質(zhì)子束碰撞中數(shù)十萬次碰撞之間的關(guān)系，并根據(jù)相似程度創(chuàng)建事件的幾何圖。研究人員表示，新技術(shù)是第一個將大量粒子碰撞相互關(guān)聯(lián)起來的技術(shù)，類似于社交網(wǎng)絡(luò)。麻省理工學院(MIT)物理學副教授杰西?泰勒(Jesse Thaler)表示：社交網(wǎng)絡(luò)地圖是基于人與人之間的聯(lián)系程度。

例如在從一個朋友到另一個朋友之前，你需要多少鄰居，這里也是一樣。

這種粒子碰撞的社交網(wǎng)絡(luò)可以讓研究人員感覺質(zhì)子碰撞時發(fā)生事件的聯(lián)系更緊密，因此也更典型。還能在碰撞網(wǎng)絡(luò)的外圍快速發(fā)現(xiàn)不同事件，從而進一步研究潛在的新物理學。合作者，研究生Patrick Komiske和Eric Metodiev，在麻省理工學院理論物理中心和麻省理工學院核科學實驗室進行了這項研究，其研究發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。

不可知地查看數(shù)據(jù)

在某種程度上，研究團隊專注于開發(fā)分析大型強子對撞機和其他粒子對撞機設(shè)備公開數(shù)據(jù)的技術(shù)，希望能挖掘出一些有趣的物理現(xiàn)象，而其他人最初可能沒有注意到。能接觸到這些公共數(shù)據(jù)真是太棒了，但要從這么多數(shù)據(jù)中篩選出究竟發(fā)生了什么，是一件令人畏懼的事情。物理學家通常通過對撞機數(shù)據(jù)來尋找他們認為基于理論預(yù)測有趣碰撞的特定模式或能量，希格斯玻色子(Higgs boson)的發(fā)現(xiàn)就是如此。

希格斯玻色子是一種難以捉摸的基本粒子，由標準模型預(yù)測出來。該粒子的性質(zhì)在理論上得到了詳細的描述，但直到2012年才被觀測到。當時，物理學家們已經(jīng)大致知道該尋找什么，在數(shù)萬億次質(zhì)子碰撞中發(fā)現(xiàn)了隱藏在其中的希格斯玻色子特征。但是，如果粒子表現(xiàn)出的行為，超出了物理學家沒有理論可預(yù)測的標準模型預(yù)測，那又會怎樣呢？

Thaler, Komiske和Metodiev已經(jīng)找到了一種新方法來篩選對撞機數(shù)據(jù)，而無需提前知道要尋找什么。不是一次只考慮一個沖突事件，而是尋找比較多個事件的方法，其想法是，也許通過確定哪些事件更典型，哪些不那么典型，可能會挑選出具有潛在有趣、意外行為的異常值。研究試圖做的是對我們認為新物理或不新物理持不可知論的態(tài)度，想讓數(shù)據(jù)自己說話。

移動

粒子對撞機的數(shù)據(jù)充斥著數(shù)十億次質(zhì)子對撞，每一次質(zhì)子對撞都包含了粒子的噴射。研究小組意識到這些噴霧本質(zhì)上是點云——點的集合，類似于計算機視覺中表示場景和對象的點云。該領(lǐng)域的研究人員開發(fā)了一系列技術(shù)來比較點云，比如讓機器人能夠準確地識別環(huán)境中的物體和障礙物。Metodiev和Komiske使用類似技術(shù)來比較粒子對撞機數(shù)據(jù)中成對碰撞之間的點云。特別是采用了一種現(xiàn)有算法，該算法旨在計算將一個點云轉(zhuǎn)換成另一個點云所需的最優(yōu)能量或“功”，

該算法的關(guān)鍵是基于一個抽象概念，即“地球的移動距離”。你可以把能量的沉積想象成泥土，你是地球的搬運工，必須把泥土從一個地方搬到另一個地方，從一種構(gòu)型到另一種構(gòu)型所花費的能量就是計算的距離。換句話說，將一個點云重新排列成另一個點云所需的能量越多，它們之間的相似性就越遠。將這個想法應(yīng)用到粒子對撞機的數(shù)據(jù)中，研究小組能夠計算出將一個給定點云轉(zhuǎn)換成另一個點云所需的最佳能量。對于每一對，根據(jù)計算出“距離”或兩者之間的相似程度，分配一個數(shù)字。

然后，將每個點云視為一個點，并將這些點安排在某種社交網(wǎng)絡(luò)中。該團隊利用大型強子對撞機提供的公開數(shù)據(jù)，利用技術(shù)構(gòu)建了一個包含10萬對碰撞事件的社交網(wǎng)絡(luò)。研究人員希望，通過將碰撞數(shù)據(jù)集視為網(wǎng)絡(luò)，科學家們可能能夠快速標記出給定網(wǎng)絡(luò)邊緣可能發(fā)生的有趣事件。研究人員希望在Instagram上有一個頁面，記錄大型強子對撞機在某一天記錄的所有最瘋狂事件或點云。這項技術(shù)是確定圖像的理想方法，因為你只會找到離其他東西最遠的東西。

公開的典型對撞機數(shù)據(jù)集通常包括數(shù)百萬個事件，這些事件是預(yù)先從粒子加速器中任何給定時刻發(fā)生數(shù)十億次碰撞的原始混沌中挑選出來。研究小組正在研究如何擴大技術(shù)，以構(gòu)建更大的網(wǎng)絡(luò)，潛在地可視化整個粒子碰撞數(shù)據(jù)集中的“形狀”或一般關(guān)系。在不久的將來，研究人員設(shè)想用物理學家現(xiàn)在所知道包含里程碑式發(fā)現(xiàn)的歷史數(shù)據(jù)來測試這項技術(shù)，比如1995年第一次發(fā)現(xiàn)了頂夸克。用這種不需要知道在尋找什么的新物理學技術(shù)，這將是非常令人興奮的，并能讓我們有信心把它應(yīng)用到當前數(shù)據(jù)集中，去發(fā)現(xiàn)更多奇異的粒子。

博科園｜研究/來自：麻省理工學院

參考期刊《物理評論快報》

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