בתחרות נערכה הדמיה של פלט מניסוי לאיתור חלקיקים חדשים במאיץ שייפתח ב-2007. על המשתתפים היה למצוא מחט בערמת שחת. הכל כדי לחשוב על אסטרטגיות לכריית המידע הרלוונטי כאשר יגיעו תוצאות האמת
דיקלה אורן
קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/contsetlhc.html
פורסם לראשונה באתר הידען ב-14/12/2003
כעת הופיעה הידיעה גם ב”רעיונות”, כתב העת של מכון ויצמן המדווח על חידושים. נביא גם דיווח זה – לאחר הידיעה המקורית.
הידיעה המקורית של דיקלה אורן
14/12/2003
קבוצת פיסיקאים ישראלים מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן ברחובות זכתה בתחרות בינלאומית לניתוח הדמיות של המידע, שיתקבל מניסוי אטלס במאיץ ה-LHC ב-CERN, שעתיד להיות המאיץ הגדול בעולם. התחרות בין הפיסיקאים של החלקיקים האלמנטריים הייתה ניסיון לדמות את ההתמודדות עם שטף המידע העצום, שיגיע מהגלאי של המאיץ. כל הקבוצות המשתתפות בניסוי מקיימות שלוש פגישות בשנה. בפגישה האחרונה, שנערכה בפראג בחודש ספטמבר, הודיעו מארגני התחרות על הקבוצות המנצחות.
בשנת 2007 אמורה להסתיים בנייתו של המאיץ הגדול ביותר בעולם, ה-LHC (Large Hadron Collider) ב-CERN ג'נבה, שבשוויץ שיגיע לאנרגיות גבוהות מאי פעם. המאיץ החדש הוא מאיץ מעגלי, שרדיוסו 4.3 ק”מ ובו תואצנה שתי אלומות של פרוטונים ותתנגשנה זו בזו. כתוצאה מההתנגשות עשויים להיוצר חלקיקים חדשים ובלתי מוכרים שבהתפרקותם יגרמו ליצירתם של מאות חלקיקים. לכל התנגשות כזו קוראים 'אירוע'. את תוצרי ההתנגשות ניתן יהיה 'לראות' באמצעות שני גלאי חלקיקים מתוחכמים הנבנים במקביל למאיץ ויותקנו בו. באחד מהם, הקרוי אטלס (ATLAS), שותפות שלוש קבוצות מחקר ישראליות. פרופסור אהוד דוכובני מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים אלמנטריים במכון ויצמן, חבר בצוות המנצח, עורך הקבלה ואומר, כי שיחזור התהליך שקרה עקב ההתנגשות ע”י מדידת מאות החלקיקים הנפלטים דומה לניסיון להדביק מחדש חפץ בעל צורה בלתי ידועה העשוי מזכוכית עדינה שהתנפץ לרסיסים.
אם לא די במורכבות של כל אירוע בודד, בניסוי יתרחשו כמיליארד אירועים בשנייה. רק אחדים מתוכם נחשבים כמעניינים. לפיכך, אחת הבעיות העיקריות תהיה ההתמודדות עם הכמויות של המידע והחילוץ של האירועים המעניינים באמת. התעורר הצורך למצוא דרכים לסנן את כל רעש הרקע מחד, ולאתר את האירועים הפיקנטיים, כגון מציאת ההיגס החמקמק או סימנים לקיום סופר סימטרייה, מאידך.
כדי לענות על צורך זה, ארגנו פביולה ג'יאנוטי, מתאמת הפיסיקה של אטלס, ואיאן הינצ'ליף, מתאם ההדמיות של אטלס, את ה-“Atlas Blind Analysis Test”. לתחרות היו שתי מטרות עיקריות. האחת היא לבחון אסטרטגיות ניתוח מידע, והשנייה – ליהנות. ג'יאנוטי והינצ'ליף יצרו דוגמאות של פלט דוגמת זה שיתקבל מן הגלאי עם תחילת הניסוי. כדי לעשות כן, השתמשו בידע הפיסיקלי הקיים, כלומר במודל הסטנדרטי המתאר את החלקיקים היסודיים ואת פעולות הגומלין ביניהם, כדי ליצור הדמיות של אירועים. בנוסף, נעזרו במודלים שונים, שמנחשים את הפיסיקה שמעבר למודל הסטנדרטי, כדי לדמות אירועים בהם עשויה להתגלות פיסיקה חדשה. לאחר מכן שלחו ג'יאנוטי והינצ'ליף את ההדמיות לפיסיקאים, המשתתפים בניסוי, כ-2000 פיסיקאים מ-34 מדינות ברחבי העולם וביניהן ישראל. הקבוצות נתבקשו לפענח את המידע, לגלות את הפיסיקה החדשה שהוצפנה, ולכתוב דמוי מאמר מדעי על התגליות.
הבעיה הראשונה עמה היה צורך להתמודד, הייתה קריאת המידע. אין מדובר בדבר מה בכך. היו קבוצות, שנפלו בשלב הזה. לאחר פתירת הבעיה הזאת, המכשול הבא היה לנסות לזהות את הפיסיקה חדשה שהוצפנה. פעם נוספת, אין מדובר במשימה פשוטה, ולכן קיום התחרות מהווה הכנה טובה לניסוי האמיתי. לדוגמא, אחת הקבוצות, ניסתה למדוד את הספין של חלקיק חדש ש'גילתה' והגיעה למסקנה שהוא חסר ספין, אך לבסוף התברר כי הוא בעל ספין של יחידה אחת.
הקבוצה הישראלית הזוכה – אריה מלמד, פיטר רנקל, לידיה זיוקוביץ', מיכאל ריבלין עילם גרוס ואהוד דוכובני מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים אלמנטריים במכון ויצמן, רחובות – הגיעה למסקנה, שבמידע חבויים שני חלקיקים חדשים. גם הקבוצה של אוניברסיטת קיימברידג' שבאנגליה 'גילתה' את אותם חלקיקים אך אנשי מכון ויצמן הוסיפו וטענו שבמידע מוסתר עוד חלקיק– אותו לא הספיקו לזהות בזמן הקצר שהוקצב, ואכן כך היה. את החלקיק הנוסף לא הצליח איש מהמשתתפים בתחרות לזהות. הקבוצה כתבה מאמר של כשלושה עשר עמוד. אחת הפסקאות הייתה מוקדשת לאחד הדברים היותר משעשעים, המראים עד כמה מסובך ומורכב המידע: הקבוצה נתקלה בשני מאורעות משונים אותם לא הצליחה להסביר. לאחר סיום התחרות התברר, כי המארגנים עצמם לא ידעו מהי משמעות האירועים המשונים הללו.
“נחמד שבתחרות השתתפו קבוצות מכל העולם המערבי – כל הארצות האירופאיות, ארה”ב, קנדה ויפן,” אומר דוכובני, “ואלה שהצליחו הם דווקא אנחנו מישראל.” מארגני התחרות מתכוונים לחזור על התחרות ולהשתמש במידע רב ומורכב יותר.
אחת ממטרותיו של ניסוי אטלס היא לתור אחר חלקיקים חדשים, שיוכיחו את נכונותן של תיאוריות מעבר למודל הסטנדרטי. אחת מהתיאוריות האלה היא הסופר סימטרייה, תיאוריה, שחוזה את קיומו של בן זוג לכל חלקיק במודל הסטנדרטי, בן זוג שנבדל ממנו בספין. הספין הוא תכונה פנימית של חלקיקים. חלקיקים בעלי ספין, שהוא מספר שלם, נקראים בוזונים. לעומתם, החלקיקים להם ספין חצי או כפולותיו האי זוגיות, נקראים פרמיונים. הסופר סימטרייה מתאימה לכל בוזון, בעל ספין שלם, חלקיק בעל ספין חצי, ולכל פרמיון, בעל ספין חצי, חלקיק בעל ספין שלם. מלבד ההבדל בספין החלקיקים הסופר סימטריים נבדלים מבני זוגם במסתם – החלקיקים הסופר סימטריים כבדים יותר. כדי לגלות חלקיק סופר סימטרי, דבר שעדיין לא נעשה, יש צורך במאיץ, שיגיע לאנרגיות גבוהות במיוחד. אכן, ה-LHC יגיע לאנרגיות של TeV 7 (eV הן יחידות אנרגיה, אלקטרון וולט אחד שווה ערך לאנרגיה, שתתווסף לאלקטרון כתוצאה מההאצה בהפרש פוטנציאלים של וולט אחד) לכל אלומת חלקיקים. זוהי כמות אנרגיה שוות ערך ל-10 מיליארד סוללות (!), אומר פרופסור דוכובני.
“הניסוי שאנחנו הולכים לעשות ב-LHC הוא מאוד מיוחד. למרות שאיננו יודעים מה עתיד להתגלות בו, ישנה כמעט וודאות שיתגלה משהו חשוב. יש לנו את כל האינדיקציות שנגלה דברים חשובים. העלייה המשמעותית באנרגיה מבטיחה מאוד.” אומר דוכובני ומוסיף “התיאוריה העכשווית אינה שלמה. הפתרון לחוסר השלמות נמצא בתחום האנרגיות אליהן יגיע הניסוי. זהו ניסיון כייפי, וההרגשה היא שמשהו טוב ייצא ממנו.”
הידיעה מטעם מכון ויצמן במסגרת “רעיונות” – ינואר 2004
המופע של היגס
חוקרים וסטודנטים במכון ויצמן הגיעו למקום הראשון בתחרות
בין-לאומית לגילוי “חלקיק חומר פיקטיבי”
“זו תהיה המכונה המורכבת ביותר שנבנתה אי-פעם”, אומר פרופ' אהוד דוכובני ממכון ויצמן למדע על מאיץ החלקיקים החדש הנבנה עתה במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים ) ,CERNבגבול צרפת-שווייץ(. יותר מ2,000- פיסיקאים מכ50- מדינות מתכוננים לבצע באמצעות המאיץ הזה – שבנייתו תושלם בשנת 2007 – סדרה של ניסויים שמיועדת, בין היתר, לגלות הוכחות לקיומו של חלקיק ה”היגס”, שעל פי התיאוריה הפיסיקלית המקובלת (“המודל הסטנדרטי”) אחראי לקיומה של כל המאסה ביקום.
בנוסף לבניית המאיץ עמלים פיסיקאים בכל העולם, לרבות במכון ויצמן למדע, עלבנייתם של רכיבים שונים בגלאי החלקיקים הקרוי ATLAS . גלאי זה, שיזהה ויתעד את תוצאות התנגשויות החלקיקים שיתחוללו במאיץ, יקלוט בכל רגע כמות מידע הגדולה יותר מכמות המידע שזורם בכל רשתות הטלפון בעולם גם יחד. מכאן ברור, שהאתגר הגדול שיעמוד לפני המדענים יהיה הצורך לעבד ולפענח את כמות המידע העצומה הזאת, ולגלות בה תופעות שטרם נצפו; לדוגמה, תוצאות המעידות על הימצאו של חלקיק ה”היגס”.
השאלה היא כיצד אפשר לזהות ולפרש כיאות תופעה הנצפית בפעם הראשונה? כדי להתכונן לקראת ההתמודדות הזאת, החליטו ב- CERN לבצע ניסוי “יבש”: ליצור שטף מידע פיקטיבי בכמות ובאופי של שטף המידע העתיד לזרום מגלאי ATLAS בניסוי האמיתי, ולנסות לעבד ולפענח את המידע הפיקטיבי הזה, ולגלות בו תופעות העשויות להצביע על הימצאו של חלקיק (פיקטיבי) חדש. שטף המידע הפיקטיבי הזה הכיל מיליוני אירועים, והוסתרו בו מספר רמזים לקיומו של חלקיק פיקטיבי חדש. המידע הגולמי הוצע לעשרות קבוצות של חוקרים צעירים וסטודנטים מאוניברסיטאות וממכוני מחקר במקומות שונים בעולם, שהתחרו ביניהם בניתוח המידע וב”גילוי” החלקיק החדש הפיקטיבי.
בסיומה של התחרות הבין-לאומית הגיעה למקום הראשון קבוצה של חוקרים ממכון ויצמן למדע, בהנחייתם של פרופ' אהוד דוכובני ופרופ' עילם גרוס, ובהשתתפותם של החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד”ר מיכאל ריבלין, ותלמידי המחקר אריה מלמד-כץ, לידיה זיוקוביץ ופטר רנקל. יחד אתם הגיעה למקום הראשון גם קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג', אנגליה. הפרס הראשון, משחק חשיבה מעץ, מוצג כיום בחדר הסמינרים של הקבוצה. חברי הקבוצה ממשיכים להתכונן לקראת הדבר האמיתי, שטף המידע שיגיע מהניסוי במאיץ החלקיקים החדש שיחל לפעול בשנת 2007.
כתבה על התחרות ב”ניו סיינטיסט”
דף הבית של התחרות
דף הבית של ניסוי אטלס
ידען הפיסיקה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~710060735~~~95&SiteName=hayadan
