參觀完地下100米的CMS探測器後,CERN針對Run 3海量資料舉辦的「高能物理高階資料分析與唯象學研討會」,在cern的圓形報告廳內正式拉開了帷幕。
徐辰原本對這種純物理的會議興致寥寥,他跟著孔采維奇來日內瓦,本質上就是抱著「公費旅遊」外加「見世麵」的心態。
但拿人的手短,吃人的嘴軟。
既然用了CERN的經費報銷了TGV高鐵票和星級酒店,而且孔采維奇還動用特權帶他去看了平時絕對不對外開放的LHC內部,徐辰覺得,自己如果不去會場坐上幾節課,良心上多少有點過意不去。
於是,接下來的兩天,徐辰老老實實地端著咖啡,和皮埃爾、安德烈一起坐在了報告廳的後排。 【寫到這裡我希望讀者記一下我們域名 超順暢,.隨時看 】
……
連著聽了三場報告,徐辰算是徹底搞明白了這幫物理學家現在的困境。
簡單來說,就四個字:資料災難。
在過去的Run 3執行期裡,LHC那兩束幾乎達到光速的質子束,每秒鐘要在探測器中心迎頭相撞4000萬次!
每一次碰撞,都會產生數以千計的次級粒子,像煙花一樣在探測器內炸開。CMS和ATLAS探測器就像是兩台超級相機,以每秒千萬張的速度瘋狂抓拍這些軌跡,生成海量的電子訊號。
即使經過了異常嚴苛的硬體觸發器的實時過濾,扔掉了99.99%的「無用」資料,最終存入CERN資料中心的有用資料,依然達到了恐怖的數十PB(1PB=1024TB)級別!
這被扔掉的99.99%其實也是一種無奈的妥協。因為人類目前的儲存技術和寫入頻寬,根本無法吃下每秒四千萬次碰撞產生的全部原始訊號。物理學家們隻能設定一些死板的「閾值」,比如能量不夠的、軌跡不夠彎曲的,在千分之一秒內直接被晶片硬體物理銷毀。誰也不知道,那些被當成垃圾扔掉的99.99%裡,是否就藏著通往新世界的鑰匙。
而保留下來的這極其珍貴的萬分之一,如果把這些資料列印成A4紙,能堆到月球再繞回來幾圈。
物理學家們要做的,就是從這幾十PB的浩瀚資料海中,尋找可能隻出現了幾次、甚至一次的「超越標準模型」的新粒子訊號——比如超對稱粒子,或者暗物質候選者。
這就是典型的「大海撈針」。
更準確地說,這叫「在重金屬搖滾音樂會的音箱旁邊,試圖聽清一隻特定品種的蚊子在打噴嚏」。
因為質子內部的誇克和膠子在強相互作用下碎裂時,會產生海量的普通粒子,這就是所謂的「QCD本底噪聲」。
這些噪聲的訊號強度,往往是未知新粒子訊號的幾百萬倍甚至上億倍。
……
台上的報告人換了一茬又一茬。
來自麻省理工的實驗團隊展示了他們最新的機器學習過濾演演算法;牛津大學的理論物理學家試圖用高維弦論來解釋某些異常的散射振幅;甚至還有日本KEK實驗室的代表,提出了一種基於複雜網路拓撲的資料聚類方法。
這種連軸轉的密集報告,其核心目的並非炫耀,而是「技術排雷」與資源共享。畢竟,高能物理的資料分析早已進入了深水區,那些容易被發現的「低垂的果實」在十年前發現希格斯玻色子時就已經被摘光了。
麵對如今極其複雜的微觀圖譜,傳統的分析方法已經捉襟見肘,很難再有新的實質性發現。
就拿目前最火的AI和機器學習來說,麻省理工的團隊在台上坦言,AI在這個領域麵臨著「無米之炊」。因為AI需要龐大的「訓練集」來認東西,但物理學家要找的是「未知的新粒子」,連它長什麼樣、什麼衰變特徵都不知道,根本沒法給AI打標籤。
把無標籤的混沌資料餵給神經網路,它隻會吐出一堆人類根本無法理解的「黑盒」結果,這種缺乏嚴謹物理機製推導的輸出,在吹毛求疵的CERN裡是絕對不被承認的。
因此,全球各個頂級團隊隻能各自尋找突破口,然後在這裡毫無保留地分享自己的分析路徑和階段性結論。
哪怕是失敗的嘗試,也能為同行提供極具價值的參考,避免大家在同一個死衚衕裡重複進行無意義的算力消耗。
但所有的報告,最終都導向了一個令人絕望的結論:沒有發現任何新粒子的跡象。
……
擺在當今高能物理介麵前的路,其實隻剩下了兩條。
第一條是「大力出奇蹟」的硬體派。
也就是暫且擱置這些難以處理的資料,寄希望於接下來的機器升級(HL-LHC),或者未來建造能量更大的環形對撞機(FCC)。他們期望通過不斷提高碰撞的能量層級和亮度,用更狂暴的能量,直接撞出存活時間更長、訊號特徵更明顯的未知粒子。
但這條路正麵臨著嚴峻的現實拷問。一台周長100公裡的FCC造價高達數百億歐元,在遲遲沒有新發現的當下,歐洲納稅人已經開始憤怒地抗議這種「無底洞」般的燒錢行為。如果沒有足夠的理論或資料支撐,各國政府根本不可能批下這筆足以再造一個中型國家的钜款。
這就倒逼物理學家們必須走第二條路。
第二條路,則是「向內壓榨」的軟體派。
也就是不依賴新裝置,繼續死磕目前Run 3留下來的幾十PB歷史資料。
這需要極強的數學直覺,以及遠超現有AI水平的底層演演算法重構能力,試圖用更鋒利的數學工具,在複雜的相空間中,將那些罕見的訊號從背景噪聲中精準地「切」出來。
……
孔采維奇側過頭,壓低聲音對徐辰說道:「徐辰,這次研討會加上後續的內部交流,我們大概要在CERN待上十五天左右。今天報告會結束後,CERN會放出LHC最新一批的資料,如果你感興趣,可以去申請一個CMS實驗組的臨時資料分析帳號,親自下場玩玩。」
看著徐辰眼中閃過的一絲微光,孔采維奇像個循循善誘的老狐狸般繼續補充道:
「別把高能物理想得多神秘,這活兒對你來說絕對沒難度。剝開物理學的外衣,它本質上就是一個純粹的高維資料分析工作。隻要你有足夠敏銳的幾何直覺,再加上一點點計算機底層程式碼的重構能力,剩下的無非就是從這堆混沌的數字中提煉出訊號罷了。」
徐辰聽完,微微沉吟了片刻,便點頭同意了。
他本來就是為了逃離那堆令人頭禿的概率論公式,跑到日內瓦來「換換腦子」的。
對於普通人來說,休息可能是打遊戲、看電影或者去阿爾卑斯山滑雪;但對於徐辰這種級別的學術怪獸而言,一個世界級難題做煩了,換另一個跨學科的世界級難題來做,也是一種「休閒放鬆」。
更何況,昨天深入地下100米,親眼目睹了CMS探測器那種代表人類工業與智慧極致的宏大後,他的內心確實受到了極大的觸動。
如果能親手用自己的數學利刃,去切開那台鋼鐵巨獸吐出的宇宙級盲盒,親自在這幾十PB的本底噪聲中尋找「上帝的骰子」……
這種誘惑,對於任何一個渴望探究真理的頂尖大腦來說,都是絕對無法拒絕的。