人工智能如何帮助科学家寻找新粒子?

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  在搜寻新基本粒子的过程中,物理学家老要助于 对粒子的行为作出假设,但新的机器学习算法却并且不出做。

  9月13日消息,据国外媒体报道,大型强子对撞机(LHC)可不助于 在一秒钟之内撞击十亿对质子。有时,这台巨大的机器过并且给现实世界带来惊喜,并且在少数碰撞中,会产生其他前所未有的东西。但会 ,原来的惊喜并不出什么规律可言,物理学家并不确切知道要寻找什么。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,过并且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:“亲戚亲戚朋友老要担心被委托人会把婴儿和洗澡水共同倒掉。”

  面对智能数据规约的挑战,其他物理学家尝试使用“高度神经网络”的机器学习技术来挖掘之之类件组成的数据海洋,寻找新的物理学难题。

  在初步使用案例中,高度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,学习何如区分猫和狗。然而,你这个法律最好的方式在寻找新粒子时并不适用,并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。但会 ,物理学家转而采用所谓的“弱监督学习”(weakly supervised learning)法律最好的方式,即机器从已知粒子开始英文了,利用细化的信息(比如总体上并且占据 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。你这个经典的“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,亲戚亲戚朋友可不助于 在猫狗实验的原理基础上做一个多游戏: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),那算法就应该可不助于 通过邻近区域的系统比较,将它们挑出来。并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(即使数据集中含数百万只松鼠),那系统多多线程 助于在不出直接研究驯鹿的情况下,学精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最好的方式通常要求研究人员对新难题是什么样子做出假设。亲戚亲戚朋友会创建一个多描述新粒子行为的模型。之类,一个多新粒子并且有衰变成一大群已知粒子的趋势。只能在定义了所要寻找的东西并且,亲戚亲戚朋友助于设计出自定义的搜索策略。这项工作通常需大概一个多博士研究生大概一年的时间,而纳赫曼认为,你这个过程可不助于 完成得变快、更彻底。

  有研究者提出了CWoLa算法,即无标签分类(Classification Without Labels),可不助于 搜索任意未知粒子的现有数据,无论该粒子是衰变成一个多之类型未知粒子,还是一个多之类型或不之类型已知粒子。利用常规的搜索模型,LHC战略战略合作机构过可不还可以够 大概20年时间来寻找后你这个情况的并且性,而目前对前你这个情况的搜索仍不出任何结果。参与ATLAS项目的纳赫曼表示,CWoLa算法可不助于 一次完成所有什么工作。

  其他实验粒子物理学家也认为,这将是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:“亲戚亲戚朋友并且分析了其他可预测的区域,但会 接下来亲戚亲戚朋友要开始英文了填补什么尚未分析的角落,这是有点要的一个多方向。”去年,她和其他同事就在尝试设计你这个灵活的软件,对一系列不同质量的粒子进行避免,但亲戚亲戚朋友中不出人对机器学习有足够的了解。“我能要现在是尝试一下的并且了,”帕查尔说道。

  高度神经网络有希望在不助于目前建模工作的数据中发现微妙的相关性。其他机器学习技术并且成功提高了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,物理学家毫无难题也会错过其他信号。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,而当你在一个多机器上花了1000亿美元,你并且想把信息留在桌子上。”

  不过,机器学习实在充满了系统多多线程 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,不出人担心机器学习的“捷径”最终反映的是LHC机器你这个的各种小难题,而什么难题正是实验物理学家努力并且忽视的。ATLAS项目的物理学家蒂尔·艾费特(Till Eifert)问道:“当你发现一个多异常时,你实在它是新物理学突破呢,还是探测器占据 了什么有意思的情况?”