Was bedeutet "Blindanalyse" bei der Suche nach neuen Partikeln? • Igor Ivanov • Science News zu "Elementen" • LHC, Datenverarbeitungsmethoden

Was bedeutet „Blindanalyse“ bei der Suche nach neuen Partikeln?

Die Verwendung von "Blindanalyse" bei der Suche nach dem Higgs-Boson im Zerfallskanal in vier Leptonen. Blaues Histogramm Zeigt den Hintergrund aufgrund von Prozessen an, die das Higgs-Boson nicht enthalten. Schwarze Punkte – echte Daten. Die Physik im zentralen schattierten Bereich ist vorerst nicht sichtbar und passt daher die Auswahl- und Analysekriterien der Daten an, wobei nur die Seitenbereiche betrachtet werden. Erst wenn die Verarbeitungsmethode festgelegt ist, werden die Physiker ein Bild in der zentralen Region sehen, und dann werden sie sehen, wie gut (oder schlecht) die mit dieser Methode verarbeiteten Daten mit den theoretischen Erwartungen übereinstimmen (rotes Histogramm). Abb. von cms.web.cern.ch

Wenn die Experimentatoren über die Ergebnisse der Suche nach neuen Partikeln berichten, erwähnen sie oft, dass die Analyse die "blinde Methode" verwendet und erst im allerletzten Moment öffnete sich die Black Box und das Ergebnis erschien. Diese Slangausdrücke bedeuten, dass die Analyse eine Technik verwendet, die den "menschlichen Faktor" minimiert (und idealerweise ausschließt). Bei der Durchführung der Analyse wussten die Physiker nicht im Voraus, zu welchem ​​Ergebnis sie führen würden, und konnten daher die Datenverarbeitung nicht mit ihrer Voreingenommenheit beeinflussen.

Tatsache ist, dass die Suche nach neuen Teilchen oder seltenen Prozessen vor dem Hintergrund einer Vielzahl von "uninteressanten" Ereignissen eine sehr nicht triviale Aufgabe ist. Um das Maximum aus den Daten herauszuquetschen (aber keine falschen Entdeckungen einzuführen!), Versuchen Physiker solche Kriterien zu finden, um Ereignisse auszuwählen, die den Hintergrund unterdrücken, aber gleichzeitig Ereignisse des gewünschten Typs behalten. In dieser Aktivität hat der Physiker ein reiches Arsenal an Werkzeugen. Es kann Einschränkungen für Energien, Momente, Emissionswinkel von produzierten Teilchen und für andere kinematische Variablen auferlegen. Es kann Ereignisse entsprechend der Art oder Anzahl der produzierten Partikel auswählen. Er kann den Hintergrund mittels numerischer Simulation schätzen und dann in der Datenverarbeitung anwenden. Wenn wir "auf die altmodische Art und Weise" handeln, dann hat der Physiker mit jeder solchen Variation der Analyse das Recht, erneut auf den Schlüsselgraph zu schauen und zu sehen, ob das gewünschte Teilchen dort erscheint, wo es erwartet wird oder nicht. Und hier kann der menschliche Faktor eingreifen. Egal, wie unparteiisch der Experimentator erscheint, er bezieht sich immer auf das, was als Zwischenergebnis angesehen wird. Als Ergebnis kann er die eine oder andere Datenverarbeitungsmethode wählen, nicht weil diese Methode objektiv korrekter ist, sondern weil sie ein saubereres Signal liefert.

"Blind-Analyse" beseitigt nur diese Verzerrung (siehe das Bild aus einer populären Notiz auf der CMS-Kollaborations-Website und in Bezug auf den Bericht über die Suche nach dem Higgs-Boson). Mit dieser Analyse wird der heißeste Bereich vor den Augen der Physiker geschlossen, die die Daten verarbeiten. Der Computer verwendet natürlich alle Daten, zeigt aber nur, was sich außerhalb des geschlossenen Bereichs befindet. Aus diesem Grund haben Physiker die Kriterien für die Auswahl und Analyse von Ereignissen aufgestellt, indem sie nur die "langweiligen" Bereiche in der Grafik betrachten und nicht sehen, ob das gewünschte Signal verstärkt oder abgeschwächt wird. Erst am Ende, wenn die optimale Verarbeitungsmethode gefunden und behoben ist, "öffnet" der Computer die Blackbox – dh er zeigt, was diese Methode im "heißen" Bereich gibt.


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