人工智能如何帮助科学家寻找新粒子?

  • 时间:
  • 浏览:1
  在搜寻新基本粒子的过程中,物理学家一个多劲需用对粒子的行为作出假设,但新的机器学习算法却无需没有做。

  9月13日消息,据国外媒体报道,大型强子对撞机(LHC)不能在一秒钟之内撞击十亿对质子。有时,这台巨大的机器机会会给现实世界带来惊喜,机会在少数碰撞中,会产生许多前所未有的东西。只要,曾经的惊喜并没有有哪些规律可言,物理学家无须确切知道要寻找有哪些。亲戚亲戚其他同学担心,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,机会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:“亲戚亲戚其他同学儿一个多劲担心被委托人会把婴儿和洗澡水一块儿倒掉。”

  面对智能数据规约的挑战,许多物理学家尝试使用“深层神经网络”的机器学习技术来挖掘类似 事件组成的数据海洋,寻找新的物理学难题。

  在初步使用案例中,深层神经网络通过研究多量标记为“猫”的图片和标记为“狗”的图片,学习怎么才能 才能 区分猫和狗。然而,这俩法子在寻找新粒子时无须适用,机会物理学家无法为机器提供亲戚亲戚其他同学从未见过的东西的图片。只要,物理学家转而采用所谓的“弱监督学习”(weakly supervised learning)法子,即机器从已知粒子日后刚开始英语 了了,利用细化的信息(比如总体上机会占据 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。这俩经典的“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,亲戚亲戚其他同学儿不能在猫狗实验的原理基础上做另一一个多 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),那算法就应该不能通过邻近区域的系统比较,将它们挑出来。机会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),那多线程 不能在没有直接研究驯鹿的清况 下,学着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:“这需用魔术,但感觉像魔术一样。”

  相比之下,粒子物理学中的传统搜索法子通常要求研究人员对新难题是有哪些样子做出假设。亲戚亲戚其他同学会创建另一一个多 描述新粒子行为的模型。类似 ,另一一个多 新粒子机会有衰变成一大群已知粒子的趋势。只有在定义了所要寻找的东西日后,亲戚亲戚其他同学不能设计出自定义的搜索策略。这项工作通常需大概另一一个多 博士研究生大概一年的时间,而纳赫曼认为,这俩过程不能完成得很快、更彻底。

  有研究者提出了CWoLa算法,即无标签分类(Classification Without Labels),不能搜索任意未知粒子的现有数据,无论该粒子是衰变成另一一个多 类似 型未知粒子,还是另一一个多 类似 型或不类似 型已知粒子。利用常规的搜索模型,LHC商务商务合作机构机会需用大概20年时间来寻找后一种清况 的机会性,而目前对前一种清况 的搜索仍没有任何结果。参与ATLAS项目的纳赫曼表示,CWoLa算法不能一次完成所有有有哪些工作。

  许多实验粒子物理学家也认为,这将是另一一个多 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:“亲戚亲戚其他同学儿机会分析了许多可预测的区域,只要接下来亲戚亲戚其他同学儿要日后刚开始英语 了了填补有有哪些尚未分析的角落,这是怪怪的要的另一一个多 方向。”去年,她和许多同事就在尝试设计一种灵活的软件,对一系列不同质量的粒子进行出理 ,但亲戚亲戚其他同学中没有人对机器学习有足够的了解。“我想现在是尝试一下的日后了,”帕查尔说道。

  深层神经网络有希望在不不利于目前建模工作的数据中发现微妙的相关性。许多机器学习技术机会成功提高了LHC进行特定任务的深层,比如识别由底夸克粒子产生的“喷注”。在这项工作中,物理学家毫无难题也会错过许多信号。加州大学欧文分校的粒子物理学家丹尼尔·怀特森(Daniel Whiteson)说:“亲戚亲戚其他同学把信息遗留在桌面上,而当你在另一一个多 机器上花了3000亿美元,你无需想把信息留在桌子上。”

  不过,机器学习其实 充满了多线程 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,其他同学担心机器学习的“捷径”最终反映的是LHC机器一种的各种小难题,而有有哪些难题正是实验物理学家努力你要忽视的。ATLAS项目的物理学家蒂尔·艾费特(Till Eifert)问道:“当你发现另一一个多 异常时,你其实 它是新物理学突破呢,还是探测器占据 了有哪些有意思的清况 ?”