Challenge pour mieux repérer le boson de Higgs au CERN
Publié par Adrien le 23/07/2014 à 00:00
Source: INRIA
Inria est partenaire du HiggsML, challenge d'apprentissage automatique qui vise à repérer le signal de cette particule dans les résultats de collisions à haute énergie réalisées au Cern.


ATLAS est l'un des deux détecteurs polyvalents du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il étudie des domaines de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) très variés, de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé...) aux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si...) supplémentaires de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé...), en passant par les particules qui pourraient former la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au...). Illustration: CERN

Il y a deux ans la découverte du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de...) de Higgs faisait la Une. Cette particule élémentaire (On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers décrits par le modèle standard de la physique des particules. Ces...) disposait enfin d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) et dans la foulée le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures scientifiques éminentes...) 2013 était attribué à Peter Higgs et François Englert, co-découvreurs avec feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) Robert Brout. Une nouvelle aventure commençait pour mesurer et comprendre les caractéristiques du boson et déterminer si sa nature unique s'inscrit dans le modèle standard des lois de la physique.

Sur cette voie, l'expérience Atlas au grand collisionneur de hadrons (LHC) du Cern recherche de nouvelles particules en procédant à des collisions frontales de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit...) à très haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Et récemment, Atlas a permis d'observer un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes...) de boson de Higgs se désintégrant en deux particules tau. Une piste intéressante pour mieux connaître le boson, car une propriété essentielle de toute particule est sa quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) de désintégrations en d'autres particules.

Mais la désintégration du boson est un petit signal noyé dans le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.). D'où l'idée de plusieurs organisations, dont l'expérience Atlas et Inria, de lancer le challenge pour le machine learning du boson de Higgs. Le machine learning (ou apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes...) automatique) est la discipline scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) concernée par le développement, l'analyse et l'implémentation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de méthodes automatisables qui permettent à une "machine" (au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) large) d'évoluer grâce à un processus d'apprentissage, et ainsi de remplir des tâches qu'il est difficile ou impossible de remplir par des moyens algorithmiques plus classiques. C'est la première fois que l'expérience Atlas rend publique une partie des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de simulation utilisées par les physiciens pour optimiser une analyse.

A la recherche des particules tau

Le but de ce challenge est d'explorer le potentiel des méthodes d'apprentissage automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des...) de pointe pour améliorer l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner...) produites par l'expérience Atlas. Au delà, il vise à promouvoir la collaboration entre physiciens des hautes énergies et informaticiens spécialistes de l'apprentissage automatique.

Pour relever ce défi, aucune connaissance de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions....) n'est nécessaire. En utilisant des données simulées avec des fonctionnalités caractéristiques des événements détectés par Atlas, la mission consiste à classer les événements en "désintégration en particules tau d'un boson de Higgs" ou en "bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création...) de fond".

Le challenge se déroule de mi-mai à septembre 2014. Il est doté de trois prix de plusieurs milliers de dollars; en outre, les auteurs des méthodes les plus intéressantes pourront être invités au Cern pour discuter de leurs résultats avec des physiciens des hautes énergies. Une opportunité, par les machines, pour l'humanité, d'améliorer notre compréhension de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Pour en savoir plus, et pour participer: https://www.kaggle.com/c/higgs-boson

Pour plus d'informations voir:
- https://www.techno-science.net/actualite/redirect-N12975.html
- https://www.techno-science.net/actualite/redirect-N12958.html
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