It's all about the Higgs!

Ogni due anni, nel paesino che precede Chamonix nella valle francese sulla quale torreggia la catena del Monte Bianco, si tiene un incontro tra fisici teorici e sperimentali dal formato particolare. Per quasi tre settimane, in due sessioni di 10 giorni l'una, i partecipanti al Workshop di Les Houches, discutono, calcolano, simulano, producono grafici e cifre, e provano a immaginare come fare avanzare la fisica delle particelle delle alte energie.

Non è una vera e propria conferenza: se si escludono le presentazioni introduttive del primo giorno, nel resto del periodo si lavora per davvero. Per un fisico sperimentale è un'esperienza particolarmente interessante: la maggior parte dei partecipanti sono infatti teorici, e confrontarsi in diretta con i colleghi "calcolatori" è molto arricchente.

Il workshop non si tiene in un albergo tradizionale, ma in una struttura diffusa di proprietà dell'Università di Grenoble, formata da una decina di chalet in mezzo al bosco con una decina di stanze ognuno, e da un edificio centrale con sale riunioni e una biblioteca. Per molti versi, sembra di essere in colonia, o, come faceva notare un collega americano del MIT, sembra di essere tornati ai tempi dell'università.

Per partecipare è necessario proporre la propria candidatura e passare una selezione: i posti sono limitati, ed essere in pochi, non è solo una necessità logistica, ma anche un prerequisito importante per il buon funzionamento del workshop. In altre parole permette  quello che chiamiamo "lo spirito di Les Houches". Io ho la fortuna di far parte del comitato di organizzazione, il che mi garantisce un posto privilegiato!

Nelle pause, la vista mozzafiato dallo spiazzo dell'edificio centrale, quello dove si trova l'auditorium e le sale riunione, è questa:

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che diventa così al tramonto:

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Molto tardi alla sera, finite le discussioni e i conti, ci si riunisce nel baretto del ristorante, per giocare a ping-pong, a calcetto, o per suonare e cantare. Può succedere  così che, l'ultima sera della prima sessione dedicata al Modello Standard e al bosone di Higgs, si componga una canzone da lasciare come sfida ai partecipanti della seconda sessione, dedicata ai modelli di fisica al di là del Modello Standard. La qualità è quella che è, ma è stata una composizione quasi in diretta: "it's all about the Higgs!" :-)

Because you know it's all about that Higgs,
'Bout that Higgs, no SUSY
It's all about that Higgs, 'bout that Higgs, no SUSY
It's all about that Higgs, 'bout that Higgs, no SUSY
It's all about that Higgs, 'bout that Higgs
Higgs Higgs Higgs

Yeah it's pretty clear, there ain't no BSM
But we can fake it, fake it and we can give it them
I got that boson ' that all the theorists chase
Got all the right bumps in all the right places
I see the theorists working ' on that EFT
We know that shit ain't real
So don't you give it me
If you got beauty beauty just raise 'em up
'Cause every inch of you is perfect
From the bottom to the top

Yeah, my momma she told me you gotta cut on pt
Cause elsewise you'll see things detectors just cannot see
There won't be no supersymmetric discovery
cause if that's what you're into
you'll be swamped by QCD

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LHC a 13 TeV: la nuova fisica potrebbe essere dietro l'angolo, ma c'è parecchio da sudare

ATLAS

Stamattina, come preannunciato ieri, i macchinisti di LHC hanno issato la bandiera che dichiara i fasci stabili, e gli esperimenti hanno cominciato ufficialmente a raccogliere collisioni a 13 TeV. Dico "ufficialmente" perché, come sapere, qualche collisione a 13 TeV l'avevamo già vista nei giorni scorsi, abbastanza per prendere un po' di dati e andare a cercare le tracce di qualche fenomeno noto e stranoto che dovrebbe presentarsi anche alle nuove energie, come la produzione di un bosone W o di un pione neutro, la cui presenza è segnalata per esempio in ATLAS dal picco che appare nel plot qui sotto. Per la cronaca della giornata, vi rimando al live blogging del CERN.

ATLAS_pi0_May2015

È stata una giornata storica, ma, come sempre, il bello (e il duro) viene nei prossimi giorni. Da oggi inizia infatti un periodo di prova, con fasci "pilota" con un numero limitato di pacchetti di protoni, separati da una distanza corrispondente a 50 ns. Questo periodo è necessario per poter poi iniziare la presa dati ad alta intensità vera e propria, il cui inizio è a questo punto previsto per la fine di giugno, con quasi un mese di ritardo rispetto al programma iniziale. E ci sono ancora diverse cose da capire e mettere sotto controllo: se siete curiosi, date un'occhiata allo stato delle cose presentato da Mike Lamont stamattina al meeting del LHCC. Per entrare nella fase di alta intensità si sono ancora parecchie cosa da capire e sistemare, non ultime certe instabilità dei fasci e la presenza di un ostacolo non meglio identificato in un punto della linea in cui corrono i protoni.

LHC_Schedule_2015_Q2

Gli esperimenti prendono dati e producono gloriosi event display: è bello vedere che le macchine fotografiche sono di nuovo pronte a raccogliere dati. Non pensate però che le cose siano semplici e prive di complicazioni. Tanto per farvi un esempio, se guardate con attenzione gli event display di CMS che hanno fatto il giro del mondo, noterete che in nessuno le tracce gialle curvano, ma escono invece sempre drittissime dal punto di interazione. È perché oggi, per un problema tecnico che va avanti da qualche giorno, il magnete di CMS non era acceso: e, come sapere, senza un magnete i tracciatori non possono misurare la carica e la velocità della particelle. Da quello che ne è stato detto oggi, le cose dovrebbero risolversi CMS entro lunedì. Speriamo bene!

cms_13TeV_3June2015_0

Gli event display colorati sono belli, ma non è con questi che si scoprono nuovi fenomeni. Come abbiamo già discusso molte volte, un solo evento non è quasi mai sufficiente a stabilire la presenza di un nuovo fenomeno, e solo l'analisi statistica di una quantità sufficiente di dati può dare risposte.

ATLAS_mjj_8TeV

Il Run 1 di LHC ci ha lasciati con la scoperta del bosone di Higgs, che tutto il mondo conosce, e con una serie apparentemente infinita di conferme del Modello Standard. Ci sono però nei dati che abbiamo preso tra il 2010 e il 2012 un po' di discrepanze che non hanno (giustamente!) fatto notizia, perché non sono staticamente significative, ma che potrebbero rivelarsi essere la traccia di quella fisica al di là del Modello Standard che tanto vorremmo scoprire. Guardare per esempio il plot lì sopra: si tratta dello spettro di massa ricostruito da eventi con due jet di adroni. Vedere quella protuberanza intorno a una massa di 2 TeV? Che cos'è quell'eccesso di dati? Una fluttuazione statistica? Oppure la presenza di una nuova particella? Con i soli dati a 8 TeV non possiamo dire nulla, ma naturalmente questo è uno degli stati finali che andremo a studiare per primi nei nuovi dati, anche se dovremo raccoglierne un po' per poterci pronunciare con certezza in un senso o nell'altro. A 13 TeV molti di questi fenomeni esotici dovrebbero, se esistono, prodursi molto più frequentemente che a 7 o 8 TeV, per cui la nuova fisica potrebbe manifestarsi più in fretta di quanto non pensiamo: la prospettiva è di certo eccitante!

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Domani sarà un grande giorno (per LHC)

La sera prima ci si prepara

Se tutto va dritto (e visto lo stato delle cose, non vedo perché non dovrebbe) domani mattina LHC inizierà a produrre collisioni a 13 TeV buone per farci della fisica. Il che significa, dopo alcuni giorni di prova e di fasci "quieti" senza troppa sovrapposizione di eventi, che la luminosità prodotta dall'acceleratore aumenterà, con l'aggiunta graduale di nuovi pacchetti di protoni, e l'aumento del numero di protoni per pacchetto. Restate sintonizzati.

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Il modo giusto di sbagliare

Una decina di giorni fa sono stato invitato da Alessandra Colonna (che ringrazio!) a partecipare a un dibattito intitolato "Il modo giusto di sbagliare" (che, ironia della sorte, è anche il titolo di un libretto di Houdini che descrive le tecniche di imbonitori, truffatori e criminali vari), dibattito organizzato a Milano da Bridge Partners, una società esperta in negoziazione, che ogni anno mette in piedi un evento di formazione un po' particolare destinato a quadri d'impresa curiosi.

Si è trattato di un contesto piuttosto diverso da quello accademico in cui di solito mi ritrovo a presentare, insegnare o discutere. Il che è cosa buona: sono convinto che faccia bene confrontarsi con ambienti diversi: mette in movimento il pensiero, porta stimoli nuovi, e soprattutto costringe a uscire fuori dalla propria zona di conforto.

Insieme a me, partecipavano all'evento una professoressa di psicologia sociale, un manager esperto di risorse umane, un consulente e uno sportivo di alto livello.  Io ero 'la voce' dello scienziato. L'incontro era moderato da Rosalba Reggio, giornalista del Sole24Ore. I miei compagni di chiacchiera si sono rivelati tutti simpatici, preparati e profondi, ognuno con una storia interessante da raccontare e un messaggio da condividere. Contrariamente alle mie prevenutissime aspettative, ho scoperto una sintonia di pensiero con Salvatore De Rienzo, il consulente, che in partenza pensavo sarebbe stata la persona più lontana da me: ah, quanti pregiudizi nelle nostre piccole testoline!

Siccome mi piace arrivare preparato, prima dell'incontro avevo buttato giù un po' di appunti, provando a rispondere, dalla mia angolazione, alle domande che Rosalba Reggio ci aveva mandato come traccia. Ho pensato di incollarli qui sotto, più per promemoria personale che per altro, aggiungendo qualche link. Magari servono a qualcosa.

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Il modo giusto per sbagliare. Domande e risposte per il dibattito

Esistono una sana e meno sana cultura dell’errore?

Parlo dal punto di vista dello scienziato, che è per forza parziale e non necessariamente valido per tutti gli ambiti. La scienza si basa sulla consapevolezza che eliminare l’errore sia impossibile, e dunque costruisce il suo modo di creare conoscenza condivisa proprio intorno a questa ammissione.

L’errore nella scienza ha facce diverse, due delle quali sono certamente sane e positive. La conoscenza scientifica avanza con il dialogo tra teorie e fatti sperimentali. Le teorie scientifiche sono sempre sbagliate, per definizione (dove “sbagliato” significa allo stesso tempo “approssimato”, ma anche “fallibile”, o meglio “sbagliato in potenza”). Lo scienziato convive con la consapevolezza che ogni teoria valida oggi, verrà superata, abbandonata e sostituita domani. Detto questo, non sempre questo meccanismo virtuoso funziona: le teorie sono sempre “dure a morire”. Anche nella scienza esiste una certa resistenza al cambiamento. La scienza è spesso portata come esempio virtuoso della gestione dell’errore, ma le cose sono ben più complesse nella realtà!

Argomenti da approfondire: falsificabilità di Popper; cambio del paradigma di Kuhn; Lakatos e la cintura protettiva delle ipotesi ausiliarie; la tesi di Duhem-Quine.

L’errore è viatico di miglioramento e quindi davvero “sbagliando si impara”? Tutti gli errori sono accettabili?

Non tutti gli errori sono accettabili, anche per lo scienziato. Se per le teorie essere “sbagliate” è un carattere inevitabile, per i fatti sperimentali  l’errore non è accettabile: un fatto sperimentale “sbagliato” è il peccato capitale dello scienziato!

Le misure sperimentali sono però sempre affette da un errore, che gli scienziati preferiscono chiamare incertezza. Stabilire il grado di affidabilità del risultato di un esperimento è un passaggio fondamentale e imprescindibile che occorre fare prima di rendere pubblico un risultato, ed è un’arte complessa.

Argomenti da approfondire: precisione vs. accuratezza; ripetibilità degli esperimenti (e se gli esperimenti sono unici, come quelli della fisica delle particelle?); esempi pratici di errore sistematico.

Nelle scienze sperimentali esistono diversi tipi di errore (statistico, sistematico), ed è particolarmente importante non confonderli e trattarli in modo adeguato. In particolare, l’errore sistematico (inerente al modo specifico in cui facciamo misure ed esperimenti) è molto subdolo, ed è proprio qui che si trova il confine tra un errore “sano” ed uno “meno sano”. Esistono allo stesso tempo il rischio di sovrastimare le incertezze (con un approccio troppo conservatore) rendendo inutili, o persino dannose, le misure, e quello di sottostimarle (con un approccio troppo aggressivo, fiducioso ed approssimatimo), cadendo in questo caso  in un errore che non è più incertezza, ma sbaglio vero e proprio.

Se è vero, allora perché fa “paura”?

L’errore che fa paura allo scienziato è lo sbaglio, non l’incertezza. In questo senso, lo scienziato ha sempre una soluzione per aggirare la paura dell’errore: se ha il minimo dubbio che qualche risultato possa essere affetto da una correzione inaffidabile, ha sempre come ultima risorsa la possibilità di “allargare le incertezze” per coprire la sua ignoranza.

Un esempio concreto: la misura della massa del bosone di Higgs in ATLAS, la calibrazione dell’elettronica di lettura del calorimetro, un contributo all'’incertezza finale grande quanto l’ampiezza della correzione stessa alla calibrazione.

Detto questo, gli scienziati sono persone, e questo modo di pensare così “sano” spesso cozza con ambizioni umanissime e il funzionamento della mente, che a volte può prendere il sopravvento rispetto agli strumenti di valutazione matematica che usiamo.

Un esempio nel campo della fisica delle particelle: i neutrini superluminali di OPERA nel 2011!

Errori umani: la necessità del protocollo di doppio cieco (e.g. esperimento di Benveniste su memoria acqua, debunking di Randi). Nella fisica delle particelle, procedure di blinding (e.g. nella ricerca del bosone di Higgs o di altra fisica esotica)

Materiale possibile: plot animato dei dati che portarono alla scoperta bosone di Higgs, per mostrare fluttuazioni nel tempo, e i possibili falsi picchi.

Un “campione” sbaglia come gli altri: il fatto di interpretare e vivere l’errore in un modo piuttosto che in un altro è una chiave di successo?

Un campione sbaglia di più: avere il coraggio di esplorare territori (e soluzioni) sconosciuti è pericoloso per definizione, e implica il rischio di fare più errori di quanti se ne farebbero restando nella propria zona di competenza.

Un leader deve ammettere un errore? Pensiamo a un capo che ammette di aver sbagliato, è realistico?

Realistico? Non so. I leader (aziendali, politici, scientifici) sono uomini come tutti: temono il giudizio degli altri, e non amano come tutti mostrare debolezze. Ma un leader infallibile è anche un leader inavvicinabile, e dunque l’ammissione di un errore è probabilmente una buona strategia per stabilire una cultura di collaborazione sana (e potenzialmente paritaria). Il problema sono le conseguenze di un’ammissione di errore: se la cultura non lo permette, un leader che ammette un errore è automaticamente un leader fallito, che si dimette. Una cultura che permette a tutti la ricerca e l’errore (che sono facce della stessa medaglia) è l’unica in cui anche il leader può sbagliare.

Che cosa crea una sana (o sbagliata) cultura dell’errore? I genitori, la scuola, l’ambiente di riferimento, il carattere …?

Sicuramente le agenzie educative primarie (famiglia e scuola). L’errore come possibile conseguenza di un’esplorazione di possibilità altre può venire incoraggiato come strumento pedagogico (vedi per esempio le scuole Montessori). In modo simile, famiglia e scuola possono castrare indicando l’errore esclusivamente come occasione di fallimento, e dunque insegnare l’idea che vada evitato a ogni costo.

Perché temiamo il giudizio degli altri?

Questa è una domanda per uno psicologo! Ci sarebbe da parlare di psicologia del branco e adattamento e crescita degli adolescenti nel gruppo dei pari, e le conseguenze sulla psiche adulta.

Un paio di argomenti vagamente correlati:

God complex (cfr. da Tim Harford, “Adapt”): è rassicurante (e seducente!) trovare spiegazioni (e soluzioni) semplici, la trappola è che spesso questa tendenza a “spiegare” ti fa piegare i fatti sperimentali alle teorie, e non viceversa.

Confirmation bias. Nel caso di OPERA, come possono aver sorvolato su un problema sperimentale così evidente e semplice a posteriori (una fibra ottica mal collegata nel sistema della misura del tempo)? C’era la misura del tempo di volo dei neutrini di MINOS, che apparentemente mostrava già (senza significatività statistica!) una velocità dei neutrini superiore a quella della luce.

Che cosa rende veramente utile l’errore?

Se un’organizzazione riesce ad accettare che sistemi complessi richiedono soluzioni complesse (e non soluzioni analitiche semplificate), allora l’errore diventa uno strumento per esplorare (e trovare) soluzioni inattese e altrimenti inaccessibili.

Argomenti possibili: try and error; algoritmi genetici; simulazioni Monte Carlo. Ci sono problemi senza soluzione “giusta”, occorre stabilire una metrica di successo e provare strade diverse.

L’altro aspetto riguarda l’ammissione che ogni conoscenza è, per definizione, limitata e imperfetta, e così ogni soluzione. Quantificare il grado di incertezza (l’errore della misura dello scienziato) è un altro prerequisito per avanzare senza bollare uno soluzione come “giusta” o “sbagliata”, ma piuttosto “adatta in questo margine di incertezza” per uno scopo specifico.

Quanto a livello individuale o aziendale o più ampiamente di contesto dell’errore è accettato e fatto oggetto di condivisione?

(Non sa, non risponde :-) )

Proposte concrete per rendere l’errore uno strumento nella vita professionale: come introdurre l’errore nei nostri contesti di lavoro in modo costruttivo?

Sarebbe interessante parlare di organizzazioni come Google che scelgono di permettere ai dipendenti di dedicare una frazione del proprio tempo a progetti “a perdere”, ovvero della necessità di spazi dedicati esplicitamente alla possibilità di esplorare sbagliando. Nel mondo della ricerca praticamente tutto il tempo è organizzato in questo modo (almeno in teoria!), questo genere di libertà di sbagliare, anche parziale, ha mostrato di poter dare ottimi frutti anche in ambito aziendale/produttivo.

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Perche le barche di metallo galleggiano, e i cucchiaini no?

Una cosa scritta per il numero di Maggio di DafDaf. Le mani nelle fotografie sono quelle di Giulia, aiutante preziosa e diligente in tutti gli esperimenti casalinghi. Buona lettura (e provate anche voi a casa)!

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