Als onderdeel van haar voortdurende inzet om haar wetenschap volledig open te maken, heeft de CMS-samenwerking zojuist de combinatie van CMS-metingen openbaar gemaakt die hebben bijgedragen aan de ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012.
Deze CERN-release valt samen met de publicatie van de Combine-software – de statistische analysetool die CMS ontwikkelde tijdens de eerste run van de Large Hadron Collider (LHC) om naar het unieke deeltje te zoeken, dat sindsdien tijdens de samenwerking is overgenomen.
Fysische metingen op basis van gegevens van de LHC worden meestal gerapporteerd als een centrale waarde en de bijbehorende onzekerheid. Kort na het observeren van het Higgs-deeltje in de proton-protonbotsingsgegevens van de LHC, mat CMS bijvoorbeeld de massa ervan als 125.3 plus of min 0.6 GeV (de protonmassa was ongeveer 1 GeV). Maar dit cijfer is slechts een korte samenvatting van de meetresultaten, een beetje zoals de titel van een boek.
Bij een meting wordt de volledige informatie die uit de gegevens wordt gehaald, gecodeerd in een wiskundige functie, bekend als de waarschijnlijkheidsfunctie, die de gemeten waarde van een grootheid omvat, evenals de afhankelijkheid ervan van externe factoren. In het geval van een CMS-meting omvatten deze factoren de kalibratie van de CMS-detector, de nauwkeurigheid van de CMS-detectorsimulatie die wordt gebruikt om de meting te vergemakkelijken en andere systematische effecten.
Een waarschijnlijkheidsfunctie van een meting op basis van LHC-gegevens kan complex zijn, omdat veel aspecten moeten worden vastgelegd om de rommelige botsingen die plaatsvinden bij de LHC volledig te begrijpen. De waarschijnlijkheidsfunctie van de combinatie van ontdekkingsmetingen van het CMS Higgs-deeltje, die CMS zojuist in elektronisch formaat heeft vrijgegeven, heeft bijvoorbeeld bijna 700 parameters voor een vaste waarde van de massa van het Higgs-deeltje. Hiervan is er slechts één – het aantal Higgs-bosonen dat in de gegevens wordt gevonden – de fysische parameter van belang, terwijl de rest systematische onzekerheden modelleert.
Elk van deze parameters komt overeen met een dimensie van een multidimensionale abstracte ruimte, waarin de waarschijnlijkheidsfunctie kan worden getekend. Het is voor mensen moeilijk om een ruimte met meer dan een paar dimensies te visualiseren, laat staan een ruimte met veel dimensies.
De nieuwe release van de waarschijnlijkheidsfunctie van de CMS Higgs-deeltje-ontdekkingsmetingen – de eerste waarschijnlijkheidsfunctie die door de samenwerking publiekelijk beschikbaar wordt gemaakt – stelt onderzoekers in staat dit probleem te omzeilen. Met een publiekelijk toegankelijke waarschijnlijkheidsfunctie kunnen natuurkundigen buiten de CMS-samenwerking nu nauwkeurig rekening houden met de ontdekkingsmetingen van het CMS Higgs-boson in hun studies.
De release van deze waarschijnlijkheidsfunctie, evenals die van de Combine-software, die wordt gebruikt om de waarschijnlijkheid te modelleren en de gegevens te matchen, markeert een nieuwe mijlpaal in de tien jaar durende toewijding van CMS aan volledig open wetenschap. Het voegt zich bij honderden open-accesspublicaties, de vrijgave van bijna vijf petabytes aan CMS-gegevens op het opendataportaal van CERN en de publicatie van het volledige softwareframework op GitHub.