Post Num 3 Le concept d'expérience, les collisions de hadrons au LHC, la notion d'erreur, le signal et le bruit
Avant de continuer sur le plan théorique qui concerne la quantification des autres forces de la physique et l'absence de la gravité dans le modèle, modèle qui va déboucher mécaniquement sur le modèle standard de la physique des particules, j'aimerai revenir sur 2 pré-requis :
A/ Tous les posts numérotés commençant donc par un nombre entier naturel 1,2,3 et jusque 10 sans exception que j'ai abordé dans le topic intitulé "2-Mécanique quantique - Alain Connes - Le théâtre quantique" sont le pré-requis indispensable minimal qu'on aille les lire ou pas pour la compréhension de la théorie des champs, de l'électrodynamique quantique qui vont déboucher naturellement avec la quantification des autres forces sur le modèle standard de la physique des particules
Tout le reste, sans exception est ce qu'on appelle du bruit, je reviendrai sur la notion
Je dis ça notamment pour @chanou 34 et pour @LionelSp qui ont décidé de prendre le train en marche
B/ La notion d'expérimentation en physique
Une expérience, c'est une mise à l'épreuve d'une prédiction qui est faite par une théorie (le modèle standard débouche sur les prédictions les plus précises de la physique) avec les mesures concrètes qui sont réalisées
Un exemple pratique :
Prenons un certain théoricien Zenalpha qui propose à différentes reprises une vidéo extrêmement intéressante de 3 minutes qui contient à elle seule l'ensemble des blocages de la population moyenne concernant la mécanique quantique dans un topic concernant la mécanique quantique
Présentons cette vidéo à 4 reprises en demandant cette question extrêmement technique : "qu'en pensez-vous ?" afin de collecter des informations factuelles à observer et à analyser
Zenalpha émet la thèse que plus on dit en connaître sur la physique quantique, les statistiques et les mathématiques, moins on est apte à cet exercice qu'est de pouvoir penser simplement et de pouvoir s'exprimer justement et librement
J'ai donc montré cette vidéo a bubulle mon poisson rouge ce matin, aucune réaction, comme les votres jusqu'à présent
Ma théorie est que L'ensemble des réflexions émises par les intervenants seront finalement comparables aux réactions de bubulle mon poisson rouge et il sera intéressant de se demander pourquoi (ma théorie peut être fausse)
Mes 3 premiers essais ont montré qu'elles étaient donc parfaitement iso, c'est peut être un problème de réception de ma part
je repose une dernière fois la question : qu'en pensez-vous / vos disciplines et votre background scientifique
@chanou 34 @LionelSp @Hérisson_ @SolarisXXX @Virtuose_en_carnage @azad2B @Répy @Annalevine
Maintenant qu'on a compris le principe de base d'une expérience, allons au LHC :
"Les gens" imaginent une collision de particules élémentaires comme un choc de mécanique classique où 2 particules élémentaires vont s'entrechoquer pour se disloquer
Pour faire simple, en envoyant 2 fraises se percuter, le physicien classique avec ses outil ira analyser de la purée de fraises et c'est la simple conséquence de la mécanique classique
Mais nous avons besoin... de mécanique quantique pour ce qui concerne "les composants ultimes de la matière"
"Les gens" un peu plus informés sont au courant de la relation E=mc2 et, en effet, c'est à partir de cette fameuse relation entre énergie et masse, 2 facettes d'une même quantité qu'on va PRODUIRE les dites particules dans les accélérateurs
C'est aussi la raison pour laquelle on va cibler un point très précis sur lequel il va falloir amener 2 particules circulant en sens contraire pour générer une énergie maximale et créer de la masse
Si on faisait collisionner des fraises, ce qu'on va récupérer APRES la collision, ce sont des fruits beaucoup plus lourds... des pommes, des poires, des bananes, des ananas mais le point crucial à intégrer, c'est que les 2 fraises auront totalement disparues.
Ce ne sont pas des débris de fraises, ce sont de nouveaux fruits
On prend donc des particules comme des électrons, des protons, des anti électrons des anti protons qu'on accélère et qu'on va faire collisionner en un point (il y a des accélérateurs linéraires comme a Stanford mais on a le droit qu'à une vitesse limitée...)
Le LHC est circulaire, la particule tourne autant de fois que nécessaire jusqu'à atteindre l'énergie désirée, dans des limites toutefois finies mais qui se rapproches des conditions de l'univers primo primordial de manière signifiante, on courbe les faisceaux en utilisant les champs magnétiques et on les amène par la focalisation sur un point bien particulier
On récupère les produits de la collision avec ce problème : toutes les particules lourdes se désintègrent si rapidement qu'il est totalement impossible de les observer par quelque manière que ce soit
Ce qu'on va donc observer... c'est le produit de cette désintégration d'une particule elle même produit de la collision
On observe donc pas la particule créée, on observe les produits de sa désintégration
On détecte donc des particules communes et parfaitement communes, absolument pas exotiques... comme des neutrons des protons des électrons, des photons, des gluons, des pions, des kaons etc
Les détecteurs sont conçus pour récupérer les traces des produits de la désintégration qu'on attendait, ce sont des couches successives de sous détecteurs spécialisés (des détecteurs de traces qui récupèrent les particules chargées, des calorimètres électromagnétiques pour détecter les photons et les électrons, des calorimètres hadroniques qui récupèrent les hadrons et à l'extérieur des détecteurs les chambres à muons pour détecter... les muons)
Comment fait on pour savoir ce qu'on a CREE lors d'une collision entre particules, puisque mon cher @Virtuose_en_carnage, on ne voit pas ce qu'on étudie... comment fait on par exemple pour savoir qu'on a détecté le boson de Higgs ?
Et bien ce qui est fait c'est qu'on reconstruit théoriquement l'événement comme une enquête policière à la tintin (en non comme Dupond et Dupont)
On observe ce qu'ont collecté les détecteurs et on remonte la théorie dont j'ai donné les principes de base pour en déduire ce qui s'est effectivement passé lors de la collision
Par exemple, dans l'expérience appellée babar, sont détectés un kaon (ou K) et un pion
Et donc on RECONSTRUIT l'événement
On sait qu'ils viennent du même point qui est le point de la collision (ce point s'appelle un vertex), on en déduit qu'une particule originelle objet de l'étude s'est désintégrée en Kpi et quand on regarde l'énergie et l'impulsion du kaon et du pion dans le détecteur, on se rend compte que ça définit en amont une particule bien connue par la masse qu'on a reconstituée à partir de celle détectée à partir des constituants observés et mesurés
Et cette particule quand on le rapproche avec un photon également détectée par une sous couche de détection suggère qu'en réalité c'est encore une autre particule qui est justement celle qu'on souhaite étudier qui est une des particules originelles créée lors de la collision
Nous avons un physicien sur ce forum qui va développer bien sur
Cette reconstruction... est réalisée sur TOUS LES EVENEMENTS de l'expérience ce qui va solliciter un traitement de données d'un volume totalement inégalé sur la planète et qui va nécessiter d'énormes ressources de calcul : LA PHYSIQUE DES PARTICULES EST PIONNIERE DANS LE TRAITEMENT DES DONNEES A TRES GRANDE ECHELLE
Nous avons un statisticien sur ce forum qui va développer bien sûr
Mais dans les grandes lignes, le traitement des données à très grande échelle, le volume de stockage, la puissance de calcul en CPU, le réseau d'ordinateurs inter connectés pour répondre à ces problématiques est unique, les moyens informatiques sont exceptionnels et sans équivalent
Le CERN a été fondé en 1954 dans un esprit de COOPERATION, c'est aussi une des premières organisation de coopération européenne, un précurseur de l'Europe mais évidemment, le réseau qui s'est créé autour du CERN sollicitent des ressources du monde entier (des états sont partenaires, des états sont observateurs...)
Le LHC du CERN est un collisionneur proton / proton, des collisions se font également avec des ions de plomb une fois par mois : l'énergie et le nombre d'événements par seconde est le plus important sur la planète sur 4 points de collision possibles (chacun représente un détecteur particulier)
J'irai peut être expliquer les limites du modèles standard qu'on y teste et les raisons de sa création, l'une d'entre elles étaient la découverte du fameux boson de Higgs
Les protons peuvent exister 10 heures dans le faisceau ce qui représente à un aller retour de la distance terre neptune
il y a 10 puissance 14 protons en même temps qui se croisent 40 millions de fois par seconde et chaque interaction produit 20 collision proton-proton
La température de -271 degré celsius est plus froid que l'espace intersidéral et au point de collision l'énergie représente une température 100 000 fois plus chaude que le coeur du soleil
Le vide du collisionneur est simplement le vide le plus important existant dans le système solaire (10 puissance -13 atmosphère)
Il existe des procédures d'urgence pour les cas exceptionnels où le faisceau ne serait plus contrôlé afin de le détourner sur des supports capables d'amortir l'énergie et d'éviter des catastrophes pour le matériel que je laisse imaginer, c'est arrivé
ça représente un TGV lancé à 150km / h
Le champs magnétique est 200 000 fois supérieur à celui qu'on trouve sur la Terre
En terme de statistiques, il y a donc des normes extrêmement strictes par rapport à cette reconstruction pour pouvoir conclure que ce qu'on a créé... et ce qu'on a pas observé... est exactement la particule recherchée
Il y a un ensemble considérables de phénomènes qui correspondent à l'attendu, ce qu'on appelle le bruit
Et il y a des anomalies à mettre en évidence en nombre suffisant pour être significatif sur le plan statistique, @SolarisXXX va nous expliquer pourquoi la loi normale est une lapalissade
Statistiquement il faut en tout cas un degré de fiabilité pour distinguer ce bruit du signal, la coincidence de l'événement attendu
Les analyses sont à très grande échelle, reconstruit les uns après les autres et on observe donc la distribution de ces événements avec la mise en évidence des signaux atypique sur des volumes massifs et l'erreur par rapport à l'attendu est rapporté au bruit de fond qu'on connait
Les erreurs sont mises en évidence, par exemple l'erreur systématique qui ne dépend pas du volume et qui peut être due au détecteur lui même bien sûr (qui n'a pas répondu en temps ou parce qu'un élément de la collision s'est retrouvé dans un endroit marginal insufissamment instrumenté), on tient compte par conséquent en ligne de compte la réponse du détecteur
Statistiquement on parle de fiabilité ou de fidélité et donc si on mesure un phénomène plusieurs fois avec le même instrument, on doit obtenir le même résultat mais on parle aussi de validité et de sensibilité (nos spécialistes voint développer)
Dans tous les cas, La mesure obtenue doit être égale à la valeur vraie (mesure idéale qui correspond à la valeur indépendante de toute perturbation) + Erreur systématique (qui provient du mauvais réglage du détecteur) + Erreur aléatoire (qui dépend des circonstances, par exemple les cycles de la lune doivent être corrigées)
En terme de mise en évidence de ce signal attendu / bruit de fond
A 3 sigmas, on parle d'évidence
A 5 sigmas, on parle de découverte
Le boson de Higgs découvert n'a jamais et ne sera jamais directement observé
Est-ce que notre topic va faire disparaître le bruit de fond pour des signaux caractéristiques de l'intelligence ?
Réponse dans mon expérience à propos d'Alain Connesoù nous comparerons les effets de la question en terme de production avec celles de bubulle, mon poisson rouge
Notez qu'on ne mesure pas l'intelligence, juste la manifestation concrète comme dans un accélérateur de particules
