Додаток про новину вмістом нейтринної

0
4

З приводу цих сверхсветових нейтрино — є ще кілька моментів, які я хочу наголосити на додаток до новини на «Елементах». Вони в основному стосуються обробки даних. Складні питання, пов’язані з інструментальними похибками вимірювань часу і відстаней, які тут, мабуть, найбільш важливі, недостатньо розумію, тут мені треба самому порозбиратися.

16 тисяч разів

Багато ЗМІ написали, що фізики, мовляв, повторили експеримент 16 тисяч разів, але швидкість нейтрино все одно перевищувала швидкість світла. Ця фраза, по ідеї, повинна була вразити читача тим, які фізики допитливі люди і, найголовніше, наскільки достовірним є цей результат. Насправді це абсолютно невірне твердження.

Число 16 тис. — це стільки нейтрино було зареєстровано протягом трьох років. Всі ці 16 тис. нейтрино були використані кумулятивно, а не окремо. Весь цикл робіт з геодезії, з вимірювання відстаней всередині установок, часів затримки апаратури і т. п. був проведений тільки один раз. Тому можна сказати, що мало місце тільки одне-єдине вимір. Ну, від сили три — це якщо розбити всю накопичену статистику на три шматки за 2009, 2010 і 2011 роки і для кожного з них поставити окрему точку (як і зроблено в статті). Але тільки треба пам’ятати, що у всіх цих точок не незалежні, а сильно кореговані систематичні похибки, ну і статистична значимість у 6 сигм виникає тільки при їх об’єднанні.

Скільки нейтрино реально «працюють»

На малюнках видно, що розподіл нейтрино з часів приходу, просуммированное по всіх сеансів, має приблизно трапецивидную форму: різкі передній і задній фронти і широке плато з невеликими коливаннями. Для вимірювання часу приходу (тобто для отримання числа 1048,5 +/– 6,9 нс, див. статтю або новину) треба поєднати ці дані з очікуваним профілем аналогічної форми. Ясно, що в такій ситуації саму головну роль будуть мати тільки різкі фронти. Якщо подивитися на рис. 3 новини, то видно, що на фронтах знаходиться приблизно кілька сотень нейтринних відліків. Ось вони в основному і визначають те, як треба оптимально поєднувати сигнали.

Тут може здатися дивним, що за такий невеликий статистикою реально «працюють» нейтрино, вони примудрилися так добре виміряти сдвижку. Ширина одного біна на те графіку 150 нс, ширина біна на «перебиненом» графіку нижче — 50 нс, а вони примудряються встановити похибка в одну сьому частину біна! Це насправді не дуже дивно як раз із-за різкого фронту: зсув на один бін різко вимірює хі-квадрат фіта, як це видно з картинки.

Передній і задній фронти: фіт для нульового зсуву (вгорі) і зсуву 60,7 нс (внизу). У першому випадку це відповідало б нейтрино, що рухаються, у межах похибок, зі світловою швидкістю.

Усереднення по сеансам

Однак тут є таке питання. Якщо подивитися на типовий профіль протонного згустку (рис. 2 новини), то там видно сильні і характерні флуктуації. В усередненій картинці їх немає, значить ці піки змінюються від сеансу до сеансу і в середньому згладжуються. Але згладжування піків — це погано, оскільки купа нейтринних даних на плато майже що викидаються з аналізу. Було б набагато краще утримувати інформацію про формі протонного пучка в кожному сеансі. Тоді на додаток до переднього і заднього фронтів були б і різкі фронти всередині трапецивидного сигналу, які б помітно поліпшили статистичну точність. Але ця інформація чомусь викинути.

Сліпий аналіз

У фізиці частинок часто застосовують «сліпий аналіз», що дозволяє уникнути упередженого ставлення самих фізиків, роблять аналіз, до його (очікуваним) результатами. Перед тим, як якась група буде обробляти дані, наприклад, шукати там якийсь сигнал, хтось інший бере реальні дані і штучно зрушує їх шкалу (наприклад, по енергії) на якусь фіксовану величину (наприклад, по енергії). Групі, яка потім проводить весь аналіз, ця сдвіжка не повідомляється. Тобто вони повинні знаходити в даних саме те, що там є, а не намагатися побачити що там, де вони хочуть побачити сигнал. І тільки після того, як весь аналіз виконано і всі отримані числа, «відкривається правда» — групі повідомляється сдвіжка. Тоді вони просто зрушують всі свої дані і нарешті дізнаються, як їх результати лягають на справжню шкалу.

У цьому аналізі теж був використаний аналогічний прийом. Група спеціально спочатку взяла старі значення всіх довжин і часів, щоб гарантовано отримати велика розбіжність. Тому весь статанализ був проведений без знання того, де повинна була б проходити кордон між світловим і сверхсветових. А всі довжини і відстані були перемеряны теж без знання, що саме там показують дані. І лише в самому кінці одне об’єднали з іншим, выянив, наскільки саме треба зрушити шкалу часу. Вийшли ці 988 нс, які на 60 нс не дотягували до сигналу.

Наскільки я розумію, правильної процедури сліпого аналізу повинна бути якась перевірка правильності. Тобто якщо в процесі аналізу щось зроблено неправильно, це відразу проявиться після повернення на справжню шкалу. Але тут ситуація зовсім не така. Я не бачу ніякої можливості перевірити по самим даними, була якась помилка в статобработке або у вимірах відстаней/часів. Навпаки, якщо б була зроблена помилка, це було б сприйнято як позитивний сигнал — адже вони робили весь аналіз, сподіваючись на відміну від швидкості світла. Я, звичайно, не експериментатор, але по-моєму це якась дивна реалізація сліпого методу.

200 фізиків півроку перевіряли-перевіряли…

Це теж одна з фраз, яку повторюють у ЗМІ. Я ще раз підкреслю: аналіз зазвичай робить лише одна невелика група, а всі інші члени колаборації можуть лише коментувати (і то, реально коментує лише невелика частка). В цій ситуації, насправді, все було ще складніше, оскільки, очевидно, ні до якогось консенсусу щодо даних всі члени колаборації прийти не змогли. Тому тільки зараз починається той етап, коли всі члени колаборації можуть перевіряти і перевіряти дані і методи їх обробки. І треба ще подивитися, до чого призведе це внутрішнє рецензування.

Теоретики такі теоретики

Ну і очікувано теоретики кинулися в бій. В понеділок вже вийшло два препринти з обсужданиями цих результатів: один і два. Погортайте їх, якщо цікаво, як взагалі зараз теоретики обсудать ці дані. Підкреслю — обидві ці статті були послані в архів препринтів в той же день, коли з’явилася стаття OPERA. Мій прогноз, що у вівторок в архіві з’являться ще три теоретичних статті з цього приводу 🙂

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here