Глава 163 Новая физика
В конце концов, Го Дин вызвал Академика Тана.
В компьютерной комнате он с улыбкой спросил:
— У Сяо И возникли какие-то проблемы?
— Ээ…, — кивнул Го Дин - Да, так.
- Что - спросил Сяо И, - тоже можно считать проблемой?
Только немножко выходит за рамки программы.
Увидев Тан Ифана, Сяо И снова достал свои вычисления и начал объяснять.
Тан Ифан, послушав его, сразу же онемел, как и Го Дин ранее.
После долгой паузы он сказал:
— Это примерно то же самое, как будто бы ты думал, что масса W-бозона, предсказанная Стандартной моделью, имеет большую ошибку?
Сяо И кивнул:
— Примерно так.
— Согласно моим расчетам, на 5 стандартных отклонений больше, как минимум.
— 5 стандартных отклонений? — Тан Ифан снова удивился и протянул руку:
— Позволь мне взглянуть на твой расчет.
Сяо И кивнул и передал Тан Ифану лист бумаги, на котором он только что производил вычисления.
Тан Ифан начал рассматривать его.
В области высокоэнергетической физики существует правило, называемое 5σ-правилом. Оно широко признается как стандарт для определения статистической значимости результатов. «σ» в данном случае обозначает стандартное отклонение нормального распределения, то есть степень отклонения данных от среднего значения.
Если результаты эксперимента достигнут уровня 5σ, это означает, что очень вероятно, что этот результат не вызван статистическими колебаниями или систематическими ошибками. Скорее всего, он указывает на существование нового физического явления, ранее не обнаруженного.
То есть... Сяо И может обнаружить что-то, способное перевернуть мир физики!
Даже... возможно, это новая физика!
Но как это возможно?!
В сердце Тан Ифана возникла та же мысль, что и у Го Диня.
Вы шутите?
С неохотой веря, Тан Ифан начал с самого начала внимательно пересматривать каждое действие Сяо И.
Вскоре он прищурился и обнаружил место ошибки.
- Подожди… какой метод обработки ошибок ты здесь применяешь?
- Нет… этот твой метод обработки ошибок совсем не похож на то, как в других институтах обрабатывают данные о W-бозонах.
- Кроме того, тебе нужно объяснить, как ты получаешь эти результаты с помощью этих статистических методов.
Он повернулся к Сяо И и спросил:
— Если ты не сможешь объяснить принцип работы этих методов, то убедить большинство людей будет невозможно.
Он считал, что нашел ключевой момент проблемы, и в душе его немного успокоилось.
Так вот, как W-бозону может быть проблема с массой?
Тем более, если бы и возникла проблема, то как же Сяо И смог бы её обнаружить, просто посчитав несколько раз?
Однако, услышав вопрос Тан Ифана, Сяо И наоборот, вопросительно спросил:
— Разве в мире высоких энергий не применяли мой метод?
— Этот метод, должно быть, довольно легко придумать.
Вопрос Сяо И поставил Тан Ифана в затруднительное положение.
— Что?
Этот метод довольно легко придумать.
А в это время Сяо И продолжил объяснять: “В первую очередь, самый важный метод – это максимальное правдоподобие. Я внес туда модифицированный алгоритм, который более эффективно обрабатывает многомерные данные и обеспечивает точность результатов.”
Говоря при этом, он указал на бумагу и объяснил Тан Ифану, откуда берутся эти новые методы.
— Потом я применил метод Байеса. Смотри здесь: я ввел ещё одну более простую модель предварительного распределения, что делает расчет последистрибуции более эффективным и точным. Я также использовал там метод Маркова-Монте-Карло. Этот метод я применял раньше в расчётах по принципу абсолютной электронности, теперь использую его для обработки этих экспериментальных данных.
— Конечно, это лишь некоторые незначительные улучшения в статистических методах. А то, что ты говорил о методе обработки ошибок, я здесь построил аналитический каркас, и, возможно, именно поэтому тебе не удается понять этот метод.
— Вот, здесь мы сначала вводим матрицу ошибок, которая представляет все возможные источники ошибок как элементы матрицы. В отношении этих ошибок нам также нужно разделить их на контролируемые и неконтролируемые. Контролируемые ошибки — это те, которые можно уменьшить путем дальнейшей калибровки и экспериментального проектирования, а неконтролируемые — те, которые возникают из-за естественной случайности или внешних факторов окружающей среды.
— Затем мы проводим матричное разложение. Здесь я использовал два метода: первый — сингулярное разложение, которое разлагает сложные источники ошибок на набор независимых компонентов. Таким образом можно выделить основные факторы, влияющие на ошибки, и количественно оценить влияние каждого из них.
— Кроме того, используется главный компонентный анализ, который помогает нам найти наиболее значимые модели ошибок в многомерных данных.
— Затем еще…
Таким образом, Сяо И подробно рассказал Тан Ифану о своих методах обработки данных.
Тан Ифан считал, что его математические способности довольно хороши. Конечно, по сравнению с чистыми математиками он уступал, но среди физиков это считалось вполне неплохо.
Однако, столкнувшись с методом Сяо И, который был невероятно информативен, он снова растерялся.
— Конечно, эти результаты ограничены моими сегодняшними расчётами на бумаге. Мои возможности как одного человека тоже ограничены. Если бы удалось извлечь больше экспериментальных данных и обработать их единым образом, точность можно было бы ещё повысить.
Договорив, Сяо И почувствовал сухость во рту и оглянулся в поисках воды. В это мгновение Го Дин словно из ниоткуда появился рядом и протянул ему стакан с водой:
— Глава, пей.
- Э…
Сяо И безмолвным взглядом посмотрел на него, но ничего не сказал, принял стакан и залпом выпил воду, немного облегчив сухость в горле.
А рядом, всё ещё пристально глядя на лист бумаги, Тан Ифан в голове всё ещё перебирал слова и объяснения Сяо И.
В конце концов он осторожно повернул голову и сказал Сяо И:
— Повторите, пожалуйста.
Сяо И:
— Хорошо.
Тогда он снова повторил своими словами методы, которые использовал ранее. Конечно, на этот раз он говорил медленнее, ведь нужно было учитывать возраст старшего человека.
На этот раз Тан Ифан наконец-то примерно понял принцип этого метода.
Несмотря на то что кое-что оставалось непонятным, некоторые процессы показались ему даже удивительными.
Как же ты придумал этот метод? — невольно спросил Тан Ифан. — Ты о нём раньше задумывался?
Ну вот… — сказал Сяо И. — Я сегодня, обрабатывая данные, сам об этом подумал и решил, что использование обычных методов для обработки таких данных может быть не очень точным. А потом я подумал: думаю, такой метод будет лучше для обработки данных из ускорителя частиц.
Он закончил говорить и заметил, что перед ним у Тан Ифана и Го Дина на лицах были выражения, словно они что-то съели.
Он немного задумался, а потом быстро добавил: — Эээ… может быть, это связано с чем-то из прошлого? Я занимался абсолютной электронной обработкой данных, и в самом начале это было связано с участием в группе по исследованию двумерных материалов. Там тоже были экспериментальные ошибки.
Тан Ифан сделал глубокий вдох и наконец сказал: — Ладно, больше не говорю.
Так вот, я тебе организую доклад, ты подробно расскажешь о своём методе. А потом я начну собирать исследователей и по твоему методу пересчитаем массу W-бозона.
В конце концов, — внезапно серьёзно сказал он, — если получится добиться чего-то действительно важного, то от имени Института высоких энергий выражу вам свою благодарность.
Услышав такие серьёзные слова от Тан Ифана, Сяо И сначала опешил, а затем с таким же серьёзным видом ответил:
— Хорошо!
Тан Ифан кивнул ему и собирался уходить, но в последний момент вспомнил что-то и, обернувшись, сказал: — Кстати, я выложу твой отчет через 10 дней. А ещё на следующей неделе к нам приезжает исследовательская группа из CERN для обмена опытом. Их возглавляет Джорджо Паризи. Если твоя методика убедит его, то мы сможем получить у них больше экспериментальных данных с LHC. Эти данные будут более точными, чем наши данные с BEPC.
Исследовательская группа ЦЕРН?
Сяо И снова опешил.
CERN — это Европейская организация по ядерным исследованиям. Крупнейший в мире ускоритель частиц и одновременно самое грандиозное технологическое сооружение на планете — Большой адронный коллайдер (LHC) — был построен именно этой организацией.
Называть это зрелищем было бы слишком просто.
Если сравнить LHC с BEPC, то первый имеет длину около 27 километров, а второй всего лишь 240 метров. Это ярко демонстрирует грандиозность Большого адронного коллайдера.
Просто не ожидал, что здесь окажется исследовательская группа CERN.
Это, впрочем, вполне нормальное явление. Академический обмен — обычное дело, тем более в области высоких энергий. Разные институты физики высоких энергий часто принимают друг друга с визитами исследовательских групп.
Конечно, из-за статуса LHC команды чаще всего приезжают в CERN.
Сяо И кивнул и сказал:
— Понятно.
Тан Ифан улыбнулся, кивнул и ушёл.
Конечно, Го Дин все еще здесь оставался.
В это время он с удивлением произнёс:
— Профессор Джорджо Паризи приехал? Это большая редкость.
Сяо И вопросительно спросил:
— Знаешь ты этого профессора?
— Конечно, его считают супер-профессионалом в теоретической физике, — сказал Го Дин. «Он прекрасно разбирается во всем: квантовой теории поля, статистической механике и так далее. В области высоких энергий он тоже разработал вероятностный фреймворк для динамики кварков и глюонов, что собственно помогает нам в нашей работе».
— В общем, это гений, который всё понимает, — добавил Го Дин. Он на мгновение посмотрел на Сяо И и сказал:
— Как и ты.
Сяо И покачал головой и скромно ответил:
— Нет-нет.
Го Дин закатил глаза.
И всё ещё притворяется скромным.
Если подумать о том, что Сяо И только что предложил, и если это правда, то физика окажется под угрозой.
Но ведь современная теоретическая физика обожает такие облака.
В конце концов, он сказал:
— Как бы то ни было, я желаю тебе удачи. Если в ближайшие дни тебе понадобится помощь, обратись ко мне.
- Хорошо! — Сяо И кивнул головой.
В комнате воцарилась тишина, и он вновь погрузился в раздумья.
Сяо И вновь обратил взгляд на свой черновик.
— Ммм… должно быть, еще кое-что можно оптимизировать, и в алгоритме есть над чем поработать.
Эти мелочи для Сяо И не были проблемой. У него ещё было 10 дней, чтобы хорошо отшлифовать этот метод.
Но в его голове в это время возник ещё один вопрос.
— Вопрос в том… эти данные о столкновениях, полученные в экспериментах по столкновению тяжелых ионов, направленные на исследование QGP при сильном взаимодействии, могут ли быть связаны с тем фактом, что масса W-бозона превышает ожидаемую?
Взоры его обратились к экспериментальным данным. Мысли в его голове словно углублялись, становясь всё более проницательными. Казалось, он мог видеть сквозь изогнутые линии, разрозненные точки, извилистые координатные оси и густую сеть данных, видя мир на микроуровне.
Внезапно в его голове всплыло то, о чем он говорил с Го Дином во время их последней встречи.
Проблема разницы масс в уравнении Ян–Миллса.
Проблема разницы масс — то, что до сих пор не удалось объяснить в сильном взаимодействии.
Бозон W связан со слабым взаимодействием, а его масса сейчас превышает ожидаемую величину.
Есть ли связь между этими двумя явлениями?
Конечно, в определённом смысле эти два явления абсолютно взаимосвязаны. Ведь если бы две основные силы удалось объединить, то непременно был бы найден способ их соединения.
Даже если сейчас не удалось объединить эти два явления, с точки зрения диалектического материализма это проявление всеобщей связи во всех вещах.
Применив это к двум явлениям, можно сделать вывод о взаимосвязи между ними.
Однако делать выводы на основе одной философской фразы не совсем соответствует научному взгляду.
Поэтому все же нужно доказывать это научно.
Неужели нам удастся решить проблему с пустотой в массах?
В его голове возникло такое предположение.
Ведь это же одна из семи глобальных проблем XXI века!
Идти прямо на него?
В конце концов он все же покачал головой. “Ладно, сначала определим, действительно ли масса W-бозона превышает ожидаемую.”
На данный момент он пришёл к этому выводу, основываясь на данных не более 100 сигнальных событий. Для высокоэнергетической физики это количество данных совершенно недостаточно.
Если бы речь шла об обычных открытиях, то, возможно, нескольких тысячах данных было бы достаточно. А если это важное открытие, то, вероятно, потребуется несколько миллионов сигнальных событий для обеспечения высокой статистической значимости.
Вначале LHC проанализировал данные объёмом в 5 fb^(-1) для обнаружения частицы Хиггса.
fb^(-1) — это единица измерения, которая переводится как «инверсная квадратный барн». 5 fb^(-1) означает, что в эксперименте на каждой площади эффективного сечения в один квадратный барн произошло 5 × 10^15 столкновений.
Это достаточно ясно показывает, насколько велико данное количество.
Поэтому для изучения событий сверхмассивных W-бозонов может потребоваться не такое большое количество данных, но все равно их потребуется немало.
Только так конечный результат сможет убедить людей.
— Поэтому все равно есть чем заняться.
Однако для этих дел у Сяо И уже начинало появляться предвкушение.
Вопрос о том, является ли W-бозон сверхтяжелым, уже вызывал у него глубокий интерес.