第314章 CERN的数据灾难
参观完地下100米的cms探测器后，cern针对run 3海量数据举办的“高能物理高级数据分析与唯象学研討会”，在cern的圆形报告厅內正式拉开了帷幕。
徐辰原本对这种纯物理的会议兴致寥寥，他跟著孔采维奇来日內瓦，本质上就是抱著“公费旅游”外加“见世面”的心態。
但拿人的手短，吃人的嘴软。
既然用了cern的经费报销了tgv高铁票和星级酒店，而且孔采维奇还动用特权带他去看了平时绝对不对外开放的lhc內部，徐辰觉得，自己如果不去会场坐上几节课，良心上多少有点过意不去。
於是，接下来的两天，徐辰老老实实地端著咖啡，和皮埃尔、安德烈一起坐在了报告厅的后排。
……
连著听了三场报告，徐辰算是彻底搞明白了这帮物理学家现在的困境。
简单来说，就四个字：数据灾难。
在过去的run 3运行期里，lhc那两束几乎达到光速的质子束，每秒钟要在探测器中心迎头相撞4000万次！
每一次碰撞，都会產生数以千计的次级粒子，像烟花一样在探测器內炸开。cms和atlas探测器就像是两台超级相机，以每秒千万张的速度疯狂抓拍这些轨跡，生成海量的电子信號。
即使经过了异常严苛的硬体触发器的实时过滤，扔掉了99.99%的“无用”数据，最终存入cern数据中心的有用数据，依然达到了恐怖的数十pb（1pb=1024tb）级別！
这被扔掉的99.99%其实也是一种无奈的妥协。因为人类目前的存储技术和写入带宽，根本无法吃下每秒四千万次碰撞產生的全部原始信號。物理学家们只能设定一些死板的“閾值”，比如能量不够的、轨跡不够弯曲的，在千分之一秒內直接被晶片硬体物理销毁。谁也不知道，那些被当成垃圾扔掉的99.99%里，是否就藏著通往新世界的钥匙。
而保留下来的这极其珍贵的万分之一，如果把这些数据列印成a4纸，能堆到月球再绕回来几圈。
物理学家们要做的，就是从这几十pb的浩瀚数据海中，寻找可能只出现了几次、甚至一次的“超越標准模型”的新粒子信號——比如超对称粒子，或者暗物质候选者。
这就是典型的“大海捞针”。
更准確地说，这叫“在重金属摇滚音乐会的音箱旁边，试图听清一只特定品种的蚊子在打喷嚏”。
因为质子內部的夸克和胶子在强相互作用下碎裂时，会產生海量的普通粒子，这就是所谓的“qcd本底噪声”。
这些噪声的信號强度，往往是未知新粒子信號的几百万倍甚至上亿倍。
……
台上的报告人换了一茬又一茬。
来自麻省理工的实验团队展示了他们最新的机器学习过滤算法；牛津大学的理论物理学家试图用高维弦论来解释某些异常的散射振幅；甚至还有日本kek实验室的代表，提出了一种基於复杂网络拓扑的数据聚类方法。
这种连轴转的密集报告，其核心目的並非炫耀，而是“技术排雷”与资源共享。毕竟，高能物理的数据分析早已进入了深水区，那些容易被发现的“低垂的果实”在十年前发现希格斯玻色子时就已经被摘光了。
面对如今极其复杂的微观图谱，传统的分析方法已经捉襟见肘，很难再有新的实质性发现。
就拿目前最火的ai和机器学习来说，麻省理工的团队在台上坦言，ai在这个领域面临著“无米之炊”。因为ai需要庞大的“训练集”来认东西，但物理学家要找的是“未知的新粒子”，连它长什么样、什么衰变特徵都不知道，根本没法给ai打標籤。
把无標籤的混沌数据餵给神经网络，它只会吐出一堆人类根本无法理解的“黑盒”结果，这种缺乏严谨物理机制推导的输出，在吹毛求疵的cern里是绝对不被承认的。
因此，全球各个顶级团队只能各自寻找突破口，然后在这里毫无保留地分享自己的分析路径和阶段性结论。
哪怕是失败的尝试，也能为同行提供极具价值的参考，避免大家在同一个死胡同里重复进行无意义的算力消耗。
但所有的报告，最终都导向了一个令人绝望的结论：没有发现任何新粒子的跡象。
……
摆在当今高能物理界面前的路，其实只剩下了两条。
第一条是“大力出奇蹟”的硬体派。
也就是暂且搁置这些难以处理的数据，寄希望於接下来的机器升级（hl-lhc），或者未来建造能量更大的环形对撞机（fcc）。他们期望通过不断提高碰撞的能量层级和亮度，用更狂暴的能量，直接撞出存活时间更长、信號特徵更明显的未知粒子。
但这条路正面临著严峻的现实拷问。一台周长100公里的fcc造价高达数百亿欧元，在迟迟没有新发现的当下，欧洲纳税人已经开始愤怒地抗议这种“无底洞”般的烧钱行为。如果没有足够的理论或数据支撑，各国政府根本不可能批下这笔足以再造一个中型国家的巨款。
这就倒逼物理学家们必须走第二条路。
第二条路，则是“向內压榨”的软体派。
也就是不依赖新设备，继续死磕目前run 3留下来的几十pb歷史数据。
这需要极强的数学直觉，以及远超现有ai水平的底层算法重构能力，试图用更锋利的数学工具，在复杂的相空间中，將那些罕见的信號从背景噪声中精准地“切”出来。
……
孔采维奇侧过头，压低声音对徐辰说道：“徐辰，这次研討会加上后续的內部交流，我们大概要在cern待上十五天左右。今天报告会结束后，cern会放出lhc最新一批的数据，如果你感兴趣，可以去申请一个cms实验组的临时数据分析帐號，亲自下场玩玩。”
看著徐辰眼中闪过的一丝微光，孔采维奇像个循循善诱的老狐狸般继续补充道：
“別把高能物理想得多神秘，这活儿对你来说绝对没难度。剥开物理学的外衣，它本质上就是一个纯粹的高维数据分析工作。只要你有足够敏锐的几何直觉，再加上一点点计算机底层代码的重构能力，剩下的无非就是从这堆混沌的数字中提炼出信號罢了。”
徐辰听完，微微沉吟了片刻，便点头同意了。
他本来就是为了逃离那堆令人头禿的概率论公式，跑到日內瓦来“换换脑子”的。
对於普通人来说，休息可能是打游戏、看电影或者去阿尔卑斯山滑雪；但对於徐辰这种级別的学术怪兽而言，一个世界级难题做烦了，换另一个跨学科的世界级难题来做，也是一种“休閒放鬆”。
更何况，昨天深入地下100米，亲眼目睹了cms探测器那种代表人类工业与智慧极致的宏大后，他的內心確实受到了极大的触动。
如果能亲手用自己的数学利刃，去切开那台钢铁巨兽吐出的宇宙级盲盒，亲自在这几十pb的本底噪声中寻找“上帝的骰子”……
这种诱惑，对於任何一个渴望探究真理的顶尖大脑来说，都是绝对无法拒绝的。
徐辰原本对这种纯物理的会议兴致寥寥，他跟著孔采维奇来日內瓦，本质上就是抱著“公费旅游”外加“见世面”的心態。
但拿人的手短，吃人的嘴软。
既然用了cern的经费报销了tgv高铁票和星级酒店，而且孔采维奇还动用特权带他去看了平时绝对不对外开放的lhc內部，徐辰觉得，自己如果不去会场坐上几节课，良心上多少有点过意不去。
於是，接下来的两天，徐辰老老实实地端著咖啡，和皮埃尔、安德烈一起坐在了报告厅的后排。
……
连著听了三场报告，徐辰算是彻底搞明白了这帮物理学家现在的困境。
简单来说，就四个字：数据灾难。
在过去的run 3运行期里，lhc那两束几乎达到光速的质子束，每秒钟要在探测器中心迎头相撞4000万次！
每一次碰撞，都会產生数以千计的次级粒子，像烟花一样在探测器內炸开。cms和atlas探测器就像是两台超级相机，以每秒千万张的速度疯狂抓拍这些轨跡，生成海量的电子信號。
即使经过了异常严苛的硬体触发器的实时过滤，扔掉了99.99%的“无用”数据，最终存入cern数据中心的有用数据，依然达到了恐怖的数十pb（1pb=1024tb）级別！
这被扔掉的99.99%其实也是一种无奈的妥协。因为人类目前的存储技术和写入带宽，根本无法吃下每秒四千万次碰撞產生的全部原始信號。物理学家们只能设定一些死板的“閾值”，比如能量不够的、轨跡不够弯曲的，在千分之一秒內直接被晶片硬体物理销毁。谁也不知道，那些被当成垃圾扔掉的99.99%里，是否就藏著通往新世界的钥匙。
而保留下来的这极其珍贵的万分之一，如果把这些数据列印成a4纸，能堆到月球再绕回来几圈。
物理学家们要做的，就是从这几十pb的浩瀚数据海中，寻找可能只出现了几次、甚至一次的“超越標准模型”的新粒子信號——比如超对称粒子，或者暗物质候选者。
这就是典型的“大海捞针”。
更准確地说，这叫“在重金属摇滚音乐会的音箱旁边，试图听清一只特定品种的蚊子在打喷嚏”。
因为质子內部的夸克和胶子在强相互作用下碎裂时，会產生海量的普通粒子，这就是所谓的“qcd本底噪声”。
这些噪声的信號强度，往往是未知新粒子信號的几百万倍甚至上亿倍。
……
台上的报告人换了一茬又一茬。
来自麻省理工的实验团队展示了他们最新的机器学习过滤算法；牛津大学的理论物理学家试图用高维弦论来解释某些异常的散射振幅；甚至还有日本kek实验室的代表，提出了一种基於复杂网络拓扑的数据聚类方法。
这种连轴转的密集报告，其核心目的並非炫耀，而是“技术排雷”与资源共享。毕竟，高能物理的数据分析早已进入了深水区，那些容易被发现的“低垂的果实”在十年前发现希格斯玻色子时就已经被摘光了。
面对如今极其复杂的微观图谱，传统的分析方法已经捉襟见肘，很难再有新的实质性发现。
就拿目前最火的ai和机器学习来说，麻省理工的团队在台上坦言，ai在这个领域面临著“无米之炊”。因为ai需要庞大的“训练集”来认东西，但物理学家要找的是“未知的新粒子”，连它长什么样、什么衰变特徵都不知道，根本没法给ai打標籤。
把无標籤的混沌数据餵给神经网络，它只会吐出一堆人类根本无法理解的“黑盒”结果，这种缺乏严谨物理机制推导的输出，在吹毛求疵的cern里是绝对不被承认的。
因此，全球各个顶级团队只能各自寻找突破口，然后在这里毫无保留地分享自己的分析路径和阶段性结论。
哪怕是失败的尝试，也能为同行提供极具价值的参考，避免大家在同一个死胡同里重复进行无意义的算力消耗。
但所有的报告，最终都导向了一个令人绝望的结论：没有发现任何新粒子的跡象。
……
摆在当今高能物理界面前的路，其实只剩下了两条。
第一条是“大力出奇蹟”的硬体派。
也就是暂且搁置这些难以处理的数据，寄希望於接下来的机器升级（hl-lhc），或者未来建造能量更大的环形对撞机（fcc）。他们期望通过不断提高碰撞的能量层级和亮度，用更狂暴的能量，直接撞出存活时间更长、信號特徵更明显的未知粒子。
但这条路正面临著严峻的现实拷问。一台周长100公里的fcc造价高达数百亿欧元，在迟迟没有新发现的当下，欧洲纳税人已经开始愤怒地抗议这种“无底洞”般的烧钱行为。如果没有足够的理论或数据支撑，各国政府根本不可能批下这笔足以再造一个中型国家的巨款。
这就倒逼物理学家们必须走第二条路。
第二条路，则是“向內压榨”的软体派。
也就是不依赖新设备，继续死磕目前run 3留下来的几十pb歷史数据。
这需要极强的数学直觉，以及远超现有ai水平的底层算法重构能力，试图用更锋利的数学工具，在复杂的相空间中，將那些罕见的信號从背景噪声中精准地“切”出来。
……
孔采维奇侧过头，压低声音对徐辰说道：“徐辰，这次研討会加上后续的內部交流，我们大概要在cern待上十五天左右。今天报告会结束后，cern会放出lhc最新一批的数据，如果你感兴趣，可以去申请一个cms实验组的临时数据分析帐號，亲自下场玩玩。”
看著徐辰眼中闪过的一丝微光，孔采维奇像个循循善诱的老狐狸般继续补充道：
“別把高能物理想得多神秘，这活儿对你来说绝对没难度。剥开物理学的外衣，它本质上就是一个纯粹的高维数据分析工作。只要你有足够敏锐的几何直觉，再加上一点点计算机底层代码的重构能力，剩下的无非就是从这堆混沌的数字中提炼出信號罢了。”
徐辰听完，微微沉吟了片刻，便点头同意了。
他本来就是为了逃离那堆令人头禿的概率论公式，跑到日內瓦来“换换脑子”的。
对於普通人来说，休息可能是打游戏、看电影或者去阿尔卑斯山滑雪；但对於徐辰这种级別的学术怪兽而言，一个世界级难题做烦了，换另一个跨学科的世界级难题来做，也是一种“休閒放鬆”。
更何况，昨天深入地下100米，亲眼目睹了cms探测器那种代表人类工业与智慧极致的宏大后，他的內心確实受到了极大的触动。
如果能亲手用自己的数学利刃，去切开那台钢铁巨兽吐出的宇宙级盲盒，亲自在这几十pb的本底噪声中寻找“上帝的骰子”……
这种诱惑，对於任何一个渴望探究真理的顶尖大脑来说，都是绝对无法拒绝的。