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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Le prime collisioni a 13 TeV sono arrivate!

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Durante la serata di mercoledì scorso, il 20 maggio, senza troppo clamore mediatico, LHC ha portato a collidere due fasci di protoni accelerati all'energia record di 6.5 TeV l'uno. Si tratta delle prime collisioni protone-protone a 13 TeV di quest'anno, che seguono di qualche settimana quelle preliminari a 900 GeV. Le collisioni sono quietamente continuate per qualche ora nella notte e durante la giornata del 21, con tutti e quattro i rivelatori di LHC parzialmente accesi a misurarne i prodotti.

Siccome non erano ancora fasci "stabili", per motivi di sicurezza una parte dei rivelatori (alcuni componenti dei tracciatori centrali) è rimasta spenta. È la ragione per cui, se scrutate con attenzione gli event display resi pubblici da ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, potreste notare una ricostruzione delle tracce incompleta, o meno precisa di quanto dovrebbe essere. Queste collisioni non servono ancora per fare misure di fisica, ma principalmente per mettere a punto i sistemi che proteggono l'acceleratore e i rivelatori dalle "frange" dei fasci, composte da particelle non perfettamente allineate con la traiettoria centrale.

Le collisioni di prova a 13 TeV continueranno in questi giorni. Se tutto va bene, finiti i test, a inizio giugno dovremmo cominciare a raccogliere dati "seri" da usare per misure di fisica. Il programma prevede un primo breve periodo in cui la distanza temporale tra due collisioni successive sarà di 50 ns, come già nel 2010, 2011 e 2012, per poi passare a una distanza di 25 ns per il resto della presa dati del 2015. Quest'ultimo set di dati sarà usato per praticamente tutte le misure, mentre i primi dati a 50 ns, tranne che per qualche misura specifica, verranno usati quasi esclusivamente per testare calibrazioni e procedure di analisi.

Quello che vedete qui sotto è un event display di ATLAS di queste prime collisioni di prova. Se osservate bene, vi accorgerete che sembra esserci una certa asimmetria nell'energia depositata nei calorimetri, le zone verdi e rosse del display. È il classico caso in cui nell'evento sembra esserci una considerevole energia traversa mancante, di solito traccia della presenza di una o più particelle invisibili (neutrini, o magari qualche nuova particella esotica). Ci sono decine di processi conosciuti che potrebbero aver generato un evento del genere, per non parlare della calibrazione dei calorimetri che non è certo ancora perfettamente a punto. Che nessuno si ecciti dunque per la potenziale presenza di nuova fisica in questo grafico: è vero, ci sono alcuni dei fenomeni esotici che potrebbero lasciare un'impronta simile, ma, come i lettori di queste pagine sanno bene, un evento da solo non può mai dire molto.

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Collisioni preliminari

Stamattina LHC ha consegnato ai suoi quattro esperimenti le prime collisioni protone-protone dalla fine del 2012. Si tratta di collisioni "preliminari", nel senso che i fasci che le hanno prodotte erano ancora ben lontani dall'energia di 6.5 TeV che ci aspettiamo quest'anno: circolavano infatti entrambi a 450 GeV, l'energia a cui i protoni entrano in LHC. In questo senso, LHC oggi ha funzionato solo da collisionatore, ma non da acceleratore. Come se non bastasse, i fasci non erano stabili, prerequisito fondamentale perché si possano prendere dati in modo continuativo. Nonostante questi aspetti, si tratta di un'ottima notizia. I macchinisti sono ben lanciati sulla strada che porterà alle collisioni a 13 TeV, e questa è una tappa intermedia, necessaria e prevista dalla tabella di marcia.

Per poter affermare che ci sono state delle collisioni in LHC, è necessario misurarle. Per quello che mi riguarda, la notizia migliore della giornata non sono dunque e collisioni in sé, ma il fatto che ATLAS sia riuscito a intercettarle e fotografarle. Questo qui sotto è un event display di una delle prime collisioni di stamattina: è un piacere rivedere tracce e deporti di energia arrivare dal cuore del rivelatore, proprio dove la fisica che vogliamo misurare avrà luogo.

Una delle prime collisioni registrate da ATLAS a 900 GeV nel 2015.

Una delle prime collisioni registrate da ATLAS a 900 GeV nel 2015.

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