人工智能如何帮助科学家寻找新粒子?

  • 时间:
  • 浏览:0
  在搜寻新基本粒子的过程中,物理学家老会 要可不后能 对粒子的行为作出假设,但新的机器学习算法却不让那么了做。

  9月13日消息,据国外媒体报道,大型强子对撞机(LHC)要能在一秒钟之内撞击十亿对质子。有时,这台巨大的机器而且 会给现实世界带来惊喜,而且 在少数碰撞中,会产生你这些前所未有的东西。而且 ,就是 的惊喜并那么了那此规律可言,物理学家无须确切知道要寻找那此。亲戚亲戚朋友担心,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,而且 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:“亲戚亲戚朋友老会 担心另一方会把婴儿和洗澡水共同倒掉。”

  面对智能数据规约的挑战,你这些物理学家尝试使用“深层神经网络”的机器学习技术来挖掘类似于于事件组成的数据海洋,寻找新的物理学问提图片。

  在初步使用案例中,深层神经网络通过研究少许标记为“猫”的图片和标记为“狗”的图片,学习怎么区分猫和狗。然而,你这些 法律方式在寻找新粒子时无须适用,而且 物理学家无法为机器提供亲戚亲戚朋友从未见过的东西的图片。而且 ,物理学家转而采用所谓的“弱监督学习”(weakly supervised learning)法律方式,即机器从已知粒子刚结束了了,利用细化的信息(比如总体上而且 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。你这些 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,亲戚亲戚朋友要能在猫狗实验的原理基础上做有4个多游戏: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),那算法就应该要能通过邻近区域的系统比较,将它们挑出来。而且 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(即使数据集含高数百万只松鼠),那系统守护进程要能在那么了直接研究驯鹿的清况 下,协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:“这都不 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法律方式通常要求研究人员对新问提图片是那此样子做出假设。亲戚亲戚朋友会创建有4个多描述新粒子行为的模型。类似于于,有4个多新粒子而且 有衰变成一大群已知粒子的趋势。要可不后能 在定义了所要寻找的东西以前,亲戚亲戚朋友要能设计出自定义的搜索策略。这项工作通常需大慨有4个多博士研究生大慨一年的时间,而纳赫曼认为,你这些 过程要能完成得更快、更彻底。

  有研究者提出了CWoLa算法,即无标签分类(Classification Without Labels),要能搜索任意未知粒子的现有数据,无论该粒子是衰变成有4个多类似于于型未知粒子,还是有4个多类似于于型或不类似于于型已知粒子。利用常规的搜索模型,LHC战略公司合作 机构而且 要可不后能 大慨20年时间来寻找后四种 生活清况 的而且 性,而目前对前四种 生活清况 的搜索仍那么了任何结果。参与ATLAS项目的纳赫曼表示,CWoLa算法要能一次完成所有那此工作。

  你这些实验粒子物理学家也认为,这将是有4个多很有价值的项目。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:“亲戚亲戚朋友而且 分析了你这些可预测的区域,而且 接下来亲戚亲戚朋友要刚结束了了填补那此尚未分析的角落,这是特别要的有4个多方向。”去年,她和你这些同事就在尝试设计四种 生活灵活的软件,对一系列不同质量的粒子进行避免,但亲戚亲戚朋友中那么了人对机器学习有足够的了解。“我要可不后能 现在是尝试一下的以前了,”帕查尔说道。

  深层神经网络有希望在不有有助于于目前建模工作的数据中发现微妙的相关性。你这些机器学习技术而且 成功提高了LHC进行特定任务的时延,比如识别由底夸克粒子产生的“喷注”。在这项工作中,物理学家毫无问提图片也会错过你这些信号。加州大学欧文分校的粒子物理学家丹尼尔·怀特森(Daniel Whiteson)说:“亲戚亲戚朋友把信息遗留在桌面上,而当你在有4个多机器上花了100亿美元,你不让想把信息留在桌子上。”

  不过,机器学习真是充满了系统守护进程将手臂混淆为哑铃的警示故事(甚至还有更糟糕的清况 )。对于LHC,村里人 担心机器学习的“捷径”最终反映的是LHC机器四种 生活的各种小问提图片,而那此问提图片正是实验物理学家努力不让忽视的。ATLAS项目的物理学家蒂尔·艾费特(Till Eifert)问道:“当你发现有4个多异常时,你真是它是新物理学突破呢,还是探测器占据 了那此有意思的清况 ?”