Dans le cadre de son engagement continu à rendre sa science totalement ouverte, la collaboration CMS vient de rendre publique la combinaison de mesures CMS qui ont contribué à établir la découverte du boson de Higgs en 2012.
Cette version du CERN coïncide avec la publication du logiciel Combine, l'outil d'analyse statistique développé par CMS lors de la première exploitation du Grand collisionneur de hadrons (LHC) pour rechercher la particule unique, qui a depuis été adopté tout au long de la collaboration.
Les mesures physiques basées sur les données du LHC sont généralement présentées comme une valeur centrale et l'incertitude correspondante. Par exemple, peu de temps après avoir observé le boson de Higgs dans les données de collision proton-proton du LHC, CMS a mesuré sa masse à 125.3 plus ou moins 0.6 GeV (la masse du proton étant d'environ 1 GeV). Mais ce chiffre n’est qu’un bref résumé du résultat de la mesure, un peu comme le titre d’un livre.
Lors d'une mesure, toutes les informations extraites des données sont codées dans une fonction mathématique, appelée fonction de vraisemblance, qui inclut la valeur mesurée d'une quantité ainsi que sa dépendance à l'égard de facteurs externes. Dans le cas d'une mesure CMS, ces facteurs englobent l'étalonnage du détecteur CMS, la précision de la simulation du détecteur CMS utilisée pour faciliter la mesure et d'autres effets systématiques.
La fonction de vraisemblance d’une mesure basée sur les données du LHC peut être complexe, car de nombreux aspects doivent être identifiés pour bien comprendre les collisions désordonnées qui ont lieu au LHC. Par exemple, la fonction de vraisemblance de la combinaison des mesures de découverte du boson de Higgs de CMS, que CMS vient de publier sous format électronique, comporte près de 700 paramètres pour une valeur fixe de la masse du boson de Higgs. Parmi ceux-ci, un seul – le nombre de bosons de Higgs trouvés dans les données – est le paramètre physique d’intérêt, tandis que les autres modélisent des incertitudes systématiques.
Chacun de ces paramètres correspond à une dimension d'un espace abstrait multidimensionnel, dans lequel la fonction de vraisemblance peut être dessinée. Il est difficile pour les humains de visualiser un espace comportant plus de quelques dimensions, et encore moins un espace comportant plusieurs dimensions.
La nouvelle version de la fonction de vraisemblance des mesures de découverte du boson de Higgs du CMS – la première fonction de vraisemblance rendue publique par la collaboration – permet aux chercheurs de contourner ce problème. Grâce à une fonction de vraisemblance accessible au public, les physiciens extérieurs à la collaboration CMS peuvent désormais prendre en compte avec précision les mesures de découverte du boson de Higgs dans leurs études.
La sortie de cette fonction de vraisemblance, ainsi que celle du logiciel Combine, qui est utilisé pour modéliser la vraisemblance et ajuster les données, marque une nouvelle étape dans l'engagement de CMS depuis dix ans en faveur d'une science totalement ouverte. Il rejoint des centaines de publications en libre accès, la publication de près de cinq pétaoctets de données CMS sur le portail de données ouvertes du CERN et la publication de l'intégralité de son cadre logiciel sur GitHub.