Анализ данных коллайдера LHC может оказаться более сложным, чем ожидалось

Расчет процессов рождения и последующего распада новых тяжелых частиц, которые ожидаются на LHC, будет гораздо более трудоемким, чем ожидалось ранее (изображение с сайта www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp)
Расчет процессов рождения и последующего распада новых тяжелых частиц, которые ожидаются на LHC, будет гораздо более трудоемким, чем ожидалось ранее (изображение с сайта www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp)

Физики рассчитывают открыть на коллайдере LHC много новых частиц и с их помощью глубже изучить микромир. Новое исследование показывает, что выяснение свойств этих частиц может оказаться гораздо более трудоемким делом, чем считалось до сих пор.

Среди известных на сегодня сотен элементарных частиц лишь несколько (протон, электрон, три сорта нейтрино, фотон) являются стабильными. Все остальные частицы короткоживущие: они рождаются в высокоэнергетических столкновениях, существуют в течение небольшого времени, а затем распадаются (иногда в несколько этапов) на стабильные частицы.

Когда физики рассчитывают процессы рождения и распада нестабильных частиц, то они обычно используют упрощенный подход. Вначале они вычисляют вероятность рождения частицы так, словно та абсолютно стабильна, и лишь затем, отдельно, вычисляют вероятность ее распада в тот или иной конечный набор стабильных частиц. Иными словами, обычно рождение частицы и ее распад рассчитываются независимо.

Такой подход, с одной стороны, резко упрощает вычисления и позволяет изучить довольно сложные процессы, а с другой стороны, является очень точным приближением в тех случаях, когда типичное время жизни частицы намного превышает время реакции, в которой она рождается. Почти все частицы, исследовавшиеся до сих пор, этим свойством обладали; случаи же, когда рождение и распад частицы перестают быть независимыми, оставались редкими исключениями.

Похоже, однако, что такому положению дел приходит конец. В статье американских и немецких физиков, вышедшей на днях в журнале Physical Review Letters, утверждается, что для процессов рождения и распада новых частиц на коллайдере LHC такой упрощенный подход окажется неприменимым. В результате сложность теоретических расчетов многократно возрастет.

Физики ожидают, что на Большом адронном коллайдере (LHC), вступающем в строй в следующем году, будут в изобилии рождаться и быстро распадаться новые тяжелые частицы. Сравнивая результаты эксперимента с вычислениями теоретиков, физики смогут определить свойства этих частиц и благодаря им — восстановить новые, неведомые ранее аспекты устройства нашего мира. А для этого нужно будет с высокой точностью вычислить вероятности как рождения, так и того или иного канала распада всех тяжелых частиц, которые будут открыты на LHC.

Однако вычисления, проделанные авторами статьи, показывают, что во многих случаях картина распада этих частиц будет зависеть от того, как именно они родились. В этих условиях обычный упрощенный подход может дать сбой и привести к большой ошибке в расчетах. Самое важное, что эти сбои будут наблюдаться не в отдельных случаях, а регулярно. Вычисления показывают, что особенно сильно приближенный подход будет нарушаться в том случае, если окажется, что несколько новых частиц имеют близкие значения масс — а некоторые теории как раз предсказывают такую ситуацию.

Этот вывод означает, что для правильной «расшифровки» будущих результатов LHC потребуется систематически придерживаться более точного, но и гораздо более трудоемкого способа расчетов. Смогут ли физики-теоретики справиться с этой задачей — покажет время. Впрочем, они уже давно отдают себе отчет в том, что вычисления для LHC будут сложными, и даже организуют большие коллаборации в преддверие запуска коллайдера (подробности см. в заметке Физики-теоретики сбиваются в стаи).

Источник: D. Berdine, N. Kauer, D. Rainwater. Breakdown of the Narrow Width Approximation for New Physics // Physical Review Letters, 99, 111601 (13 September 2007); препринт статьи доступен как hep-ph/0703058.

Игорь Иванов


22
Показать комментарии (22)
Свернуть комментарии (22)

  • VEN  | 18.09.2007 | 17:34 Ответить
    > Среди известных на сегодня сотен элементарных частиц лишь несколько (электрон, три сорта нейтрино, фотон, протон, глюон) являются стабильными. Все остальные частицы короткоживущие.

    Глюон - стабильная частица??? :-)
    Ответить
    • PavelS > VEN | 18.09.2007 | 19:03 Ответить
      Меня тоже кольнуло это место. Наверняка для каждой частицы можно придумать нечто, в условиях чего частица не распадается. Глюон стабилен, если он в адроне - иначе вопрос о стабильности вообще не стоит. Нейтрон стабилен, если их собрать много, со звезду по массе...
      Ответить
      • spark > PavelS | 18.09.2007 | 19:20 Ответить
        Да, наверно не стоило глюон включать в этот список.

        PS Вот, теперь глюона нет.
        Ответить
      • VEN > PavelS | 18.09.2007 | 20:20 Ответить
        > Меня тоже кольнуло это место...

        Я бы добавил к вашим словам еще и то, что глюон - чисто гипотетическая частица. Уж если ее вносить в данный список, то следовало бы вписать туда и кварк, и гравитон...:-)
        Ответить
        • spark > VEN | 18.09.2007 | 21:14 Ответить
          Глюоны уже давно не гипотетические частицы, они прекрасно видны в экспериментах.
          Ответить
          • VEN > spark | 18.09.2007 | 23:31 Ответить
            > Глюоны уже давно не гипотетические частицы, они прекрасно видны в экспериментах.

            Цитата из Википедии:

            "В целом, можно сказать, что гипотеза кварков и всё, что из неё вытекает (в частности, КХД), является наиболее консервативной ГИПОТЕЗОЙ относительно строения адронов, которая способна объяснить имеющиеся экспериментальные данные."
            http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA

            Будете исправлять Википедию??? :-))

            putnik
            Ответить
            • spark > VEN | 18.09.2007 | 23:53 Ответить
              Вам бы всё к словам цепляться, вместо того, чтоб понимать смысл.

              Да, это гипотеза, и нет, это уже не гипотеза.

              Это гипотеза в том же смысле, в котором гипотезой является наличие электронных облаков и компактных ядер внутри атома. Эти частицы не влияют непосредственно на наши органы чувств, и в результате приходится судить косвенно об их наличии и о их свойствах. Приходится доверять электронной микроскопии, экспериментам по рассеянию частиц и т.д. Так же, как и приходится доверять компьютерам, котоые всё это обрабатывают.

              Но все промежуточные шаги в технологии их наблюдения, все теоретические вычисления и их применимость уже настолько многократно были перепроверены, что никаких сомнений в существовании этих объектов уже не остается. Множество альтернативных схем объяснения, от самых наивных до самых изощренных, уже были перепроверены и отброшены -- они все расходятся с данными. Ваша, кстати, тоже, только Вы этого не понимаете.

              Впрочем, я думаю, ничего нового Вам я тут не сказал. Тот факт, что Вы зная все эти слова, продолжаете их не понимать, делает бессмысленными попытки объяснения Вам этих вещей.
              Ответить
              • VEN > spark | 19.09.2007 | 00:04 Ответить
                :-)
                Попробуйте исправить Википедию.
                Ответить
                • PavelS > VEN | 19.09.2007 | 00:54 Ответить
                  Че вы с википедией прицепились? В принципах википедии сказано, что применять простое голосование к научным данным - не правильно, так что в википедии всё выходит ещё хуже - кто последним поправил, тот и прав. И вообще, википедия есть изложение какой-либо публикации, публикованной в другом месте - это принцип википедии. Полагаю, у Спарка есть куча публикаций, и тут уж вам надо их взять и поправить. :)
                  Ответить
                  • VEN > PavelS | 19.09.2007 | 19:13 Ответить
                    В общем вы правы. "Бадаться" на Википедии - дело мелкое...
                    И по большому счету не важно, какое слово на ней будет красоваться дольше - гипотеза или теория...

                    А статьи Игоря о кварках и глюонах я думаю поправит время. :-)
                    Надо только немного подождать.:-)
                    Кварковой гипотезе/теории осталось уже недолго, лет 5-7 от силы.
                    Ответить
                    • Alextos > VEN | 20.09.2007 | 20:20 Ответить
                      На чем основана Ваша уверенность, что кварки не существуют:
                      а). результаты Вашей модели;
                      б). они не обнаружены в экспериментах по их поиску;
                      в). они являются лишь теоретическими построениями;
                      г). Вас не устраивает косвенное (причем довольно широкое) подтверждение их существования;
                      д). :
                      Ответить
                      • VEN > Alextos | 20.09.2007 | 23:25 Ответить
                        в) и б)

                        PS: Я написал новую страничку на эту тему, где попытался изложить все немного по-подробнее: http://elementy.ru/blogs/users/putnik/16976/

                        Там можно будет об этом поговорить. :-)
                        Ответить
                        • Alextos > VEN | 22.09.2007 | 20:11 Ответить
                          Рассмотрим простой пример.
                          Вы смотрите кукольный спектакль, а по Вашему поручению случайным образом кидают случайные предметы в нити. Аналогия, надеюсь, понятна. Что Вы сможете воссоздать по наблюдаемому на сцене? Сомневаюсь, что это будет адекватно действительности.
                          Если не понимаете 'внутренностей' сложной системы, то сложно надеяться, что простым ее 'избиением' Вы получите адекватный действительности результат, но приближенное соответствие нельзя исключать. И чем больше непонимание, тем более странным будет реакция системы на воздействие, но даже в этом случае можно пытаться систему описать, что и делается.
                          Ответить
                          • VEN > Alextos | 22.09.2007 | 21:16 Ответить
                            Вы все правильно написали. Я с вами полностью согласен. Методом "научного тыка" в сложных системах ничего не добьешься.

                            Судя по данной статье Игоря, сложность расшифровки и понимания результатов экспериментов на LHC возможно достигла своего предела. Финансы выделены, ускоритель построен, бог даст, его наконец запустят, данные с него получат, но понять их никто не сможет...

                            И что вы можете предложить? :-)
                            Ответить
                            • PavelS > VEN | 23.09.2007 | 01:49 Ответить
                              У вас всё слишком пессимистично. Думаю, поймут. Не всё конечно, но многое.
                              Ответить
                              • spark > PavelS | 23.09.2007 | 13:30 Ответить
                                Поймут, поймут. Этот товарищ ведь просто вообще не понимает слов, которые читает.
                                Ответить
                                • VEN > spark | 23.09.2007 | 13:53 Ответить
                                  :-)
                                  Наверное поэтому, время от времени я вас поправляю... :-)))
                                  Ответить
                            • Alextos > VEN | 23.09.2007 | 21:34 Ответить
                              Может PavelS прав, что не слишком ли пессимистично, но без серьезных на то оснований не следует отмахиваться от представлений (даже, если они не нравятся по тем или иным причинам), причем в первую очередь тех, которые неплохо подтверждены (в том числе и косвенно). Лучше поискать причины и последствия данных представлений (может все и прояснится).
                              Более серьезно отнестись к поиску новых подходов для описания структуры, а не отмахиваться с порога от всего незнакомого, непонятного и незазубренного.
                              Ответить
  • grey3  | 23.09.2007 | 00:18 Ответить
    Я участвовал одно время в проекте распределённых вычислений Boinc ( http://boinc.berkeley.edu/ ) и его подпроекте LHC@Home ( http://lhcathome.cern.ch/lhcathome/ ), позволяющем всем любителям отдавать пустое процессорное время своих домашних и рабочих компьютеров на что-нибудь полезное, в данном случае на рассчёт фокусировки магнитов коллайдера.
    Понятно, что мощные суперкомпьютеры ЦЕРНа могут сделать все эти расчёты быстрее тысяч любителей даже с последними четырехядерными Пнями и Атлонами, но если этих любителей десять тысяч, то общая мощность вычислений станет сравнима с суперкомпом, а если любителей наберётся тысяч сто, то они превысят мощности институтов - участников проекта, конечно если задача допускает такое распараллеливание вычислений.
    Поэтому у меня вопрос: поддаются ли упомянутые "точные" расчёты такому распараллеливанию и если да, то может стоит разрекламировать Boinc или подобный проект, привлечь общественность к последним научным достижениям? Может быть уже известно, как смотрят на подобные идеи сами постановщики экспериментов на LHC?

    P.S. У меня недостаточно хороший английский, чтобы спросить об этих вещах прямо на страницах LHC@Home. Может кто сможет задать те же вопросы там, именно в связи с этой статьёй?
    Ответить
    • PavelS > grey3 | 23.09.2007 | 01:46 Ответить
      Я некоторое время делал кандидатскую по параллельным вычислениям. Хоть и без особого успеха.
      Так вот в моде технология (архитектура) GRID, в которой вычислительные узлы очень слабо связаны с сервером. Как я понял, Grid в принципе был изначально задуман как технология для LHC. Т.е. думали, думали.

      К сожалению любительские ресурсы отнимаются такими псевдонаучными проектами, как seti@home. Псевдонаучными, т.к. там задача не научный поиск, а лиш "понты" - показать сколько народу это делает.
      Ответить
      • VEN > PavelS | 23.09.2007 | 17:57 Ответить
        > К сожалению любительские ресурсы отнимаются такими псевдонаучными проектами, как seti@home. Псевдонаучными, т.к. там задача не научный поиск, а лиш "понты" - показать сколько народу это делает.

        Распределённые вычисления используют и полезные проекты. :-)
        Вот например, если не ошибаюсь, мульт "Шрек" рендерили несколько тысяч частных PC. Или есть действующий инет-проект по взлому забытых своих паролей (могу посмотреть на работе ссылку, если интересно).

        Но в LHC проблемма не с недостатком вычительных мощностей. Там судя по всему уже "системный кризис". :-(
        Тут Игорь Иванов прав. Он иногда правильно отвечает на комментарии... :-)
        Ответить
    • spark > grey3 | 23.09.2007 | 13:19 Ответить
      Хочу подчеркнуть, что те вычислительные сложности, которые описаны тут -- это вовсе не то, для чего планируется LHC@home. Тут сложность вовсе не в анализе сырых экспериментальных данных, а в теоретических вычислениях процессов, причем в вычислениях аналитических, т.е. формульных. В принципе, можно махнуть рукой и пустить компьютер вычислять всё численно, наверно так и будут делать в особо трудных случаях, но все же хотелось бы разработать эффективный спосооб аналитических вычислений и в таких ситуациях. Т.е. распараллеливание тут ничего не решит.
      Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»