-
王孟源:為什么國(guó)際物理界沒有太重視悟空的這次發(fā)現(xiàn)
關(guān)鍵字: 悟空暗物質(zhì)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星所以悟空衛(wèi)星實(shí)際上是一個(gè)專門測(cè)量宇宙線中的正子流和電子流的儀器。但是因?yàn)殂y河系到處都有磁場(chǎng),電子和正子在被截獲之前,已經(jīng)轉(zhuǎn)過許多彎了,所以不可能知道它們的發(fā)源方向。那么唯一能測(cè)量的,只是它們的能量。結(jié)果全世界幾百個(gè)博士,花十年時(shí)間和百億元,所得到的,也就是下面這張圖:橫軸是能量,縱軸是觀測(cè)到的電子流密度。然而,宇宙中能產(chǎn)生電子和正子的機(jī)制太多了,根本不可能精確計(jì)算背景信號(hào)曲線,所以最后只能籠統(tǒng)地看看測(cè)量結(jié)果的曲線是否平滑。
DAMPE是悟空衛(wèi)星計(jì)劃的英文名字,AMS-02和Fermi都是美國(guó)較早發(fā)射的衛(wèi)星。這次悟空衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)宣傳的結(jié)果,就是在圖中紅線右端沒有平滑過渡的一高一低兩個(gè)點(diǎn),分別對(duì)應(yīng)著1.4TeV和1.2TeV的能量。但是有三個(gè)疑點(diǎn):1)Fermi衛(wèi)星(圖中的藍(lán)線)也涵蓋了相關(guān)的能階,卻沒有看到類似的現(xiàn)象;2)這個(gè)結(jié)果出現(xiàn)在電子流(縱軸)很低的尾端,剛好對(duì)應(yīng)著較少的統(tǒng)計(jì)樣本和較低的統(tǒng)計(jì)意義;3)這兩個(gè)偏離平滑曲線的點(diǎn),偏離的程度只有兩個(gè)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差左右,距離物理界傳統(tǒng)上要求的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差很遠(yuǎn),連“有趣”都談不上。
一般統(tǒng)計(jì)方法假設(shè)高斯分布(Gaussian Distribution),兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)著名義上(Nominally)4.5%的統(tǒng)計(jì)噪音機(jī)率(亦即有4.5%的機(jī)率這個(gè)結(jié)果是因統(tǒng)計(jì)樣本不足而隨機(jī)產(chǎn)生的噪音)。五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差則精確到0.00006%。為什么物理界會(huì)要求如此高的統(tǒng)計(jì)精確度呢?
這有很多原因,和我們眼前話題有關(guān)的有三個(gè):1)實(shí)際的隨機(jī)分布往往不遵循高斯分布,而有不能確定的胖尾巴(Fat Tail),使得統(tǒng)計(jì)噪音被低估。2)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)到4.5%的噪音,是假設(shè)只有一個(gè)數(shù)據(jù),像上圖這條紅線總共有38個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),那么隨機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)的機(jī)率就是(1-(1-4.5%)^38)=83%;換句話說,沒有偏離的現(xiàn)象才算奇怪。這在物理界叫做“Look Elsewhere Effect”;也就是人類天性就會(huì)專注在“特別”的數(shù)據(jù)點(diǎn)上,而忘記有多少“普通”的數(shù)據(jù)點(diǎn)被嘗試過了。所以要求五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差,即使有10000個(gè)“普通”的數(shù)據(jù)點(diǎn)被忘記,實(shí)際上統(tǒng)計(jì)噪音仍然只有(1-(1-0.00006%)^10000)=0.6%,還在可接受的精度內(nèi)。3)這種簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)偏差估算,還有另一個(gè)隱性的假設(shè),就是橫軸的測(cè)量是絕對(duì)精確的,統(tǒng)計(jì)誤差只存在于縱軸。可是電子流密度的測(cè)量,最大的誤差其實(shí)是在能級(jí)上;換句話說,這張圖的橫軸誤差實(shí)際上比縱軸誤差還大,有少數(shù)幾個(gè)1.2TeV的樣本被測(cè)量成1.4TeV,就自然會(huì)有一個(gè)1.2TeV的低點(diǎn)和一個(gè)1.4TeV的高點(diǎn)。這是統(tǒng)計(jì)噪音又被低估的另一個(gè)原因。
正是因?yàn)槲蚩招l(wèi)星結(jié)果的實(shí)際統(tǒng)計(jì)誤差太大,缺乏統(tǒng)計(jì)意義,所以國(guó)際物理界不把它當(dāng)回事。但是悟空衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)不止事后是拿一個(gè)沒有實(shí)際統(tǒng)計(jì)意義的結(jié)果來過關(guān),而且是原本設(shè)計(jì)就有問題。我這么說,是因?yàn)榘滴镔|(zhì)如果真的衰變,會(huì)產(chǎn)生同樣數(shù)量的正子和電子;但是在1TeV左右的能級(jí)上,宇宙線中電子流的背景比正子流高20倍,所以AMS-02發(fā)表結(jié)果的時(shí)候,專注在正子流而不是電子流上,正是緣于前者的信噪比是后者的20倍。悟空衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)反其道而行,為了追求稍高一點(diǎn)的能級(jí),犧牲了分辨正子和電子的能力,原本對(duì)WIMP的解析力就弱于早上三年的AMS-02,難怪這次只能拿出統(tǒng)計(jì)噪音來當(dāng)結(jié)果。(本段根據(jù)讀者意見稍作修訂,在此深表歉意和感謝。)
實(shí)際上,WIMP和它所依據(jù)的超對(duì)稱理論,從1986年的Ginsparg & Glashaw論文揭露真相開始,大多數(shù)的高能物理學(xué)家就知道不靠譜(例如2000年有行內(nèi)的賭盤,結(jié)果賭LHC不會(huì)發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱的占70%),偏偏一些學(xué)者在美國(guó)超弦界影響下,依然堅(jiān)持做超對(duì)稱實(shí)驗(yàn),兩年前的Panda X和這次的DAMPE不但都如有識(shí)之士早已預(yù)見的做了虛功,而且是美國(guó)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)投資,即使誤打誤撞中了彩票,也只會(huì)是追救護(hù)車之舉。因?yàn)楸绕鹈绹?guó)稍早的版本,它們只多出一點(diǎn)點(diǎn)功能,而美國(guó)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)的時(shí)候,就已經(jīng)尋求效費(fèi)比的最大化,所以名義上的多出來的那一點(diǎn)功能,實(shí)際上的物理意義是有限的。
例如這次悟空衛(wèi)星,犧牲了壽命來追求高一點(diǎn)點(diǎn)的能階。但是高能級(jí)的統(tǒng)計(jì)誤差本來就大,再犧牲了壽命之后,就不太可能有足夠的統(tǒng)計(jì)樣本來得到確實(shí)的新結(jié)果。換句話說,Panda X和悟空衛(wèi)星都是在投資上并不明智:不但找到信號(hào)的機(jī)率很低(小于0.1%),就算有信號(hào),美國(guó)實(shí)驗(yàn)也大概率會(huì)先找到。美國(guó)人找不到而中國(guó)找到的腳本,很可能不會(huì)發(fā)生。
相比之下,前面提到Katelin Schutz真正推展了人類對(duì)暗物質(zhì)的了解,所用的卻只是幾臺(tái)簡(jiǎn)單的個(gè)人計(jì)算器。
本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件,文章內(nèi)容純屬作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表平臺(tái)觀點(diǎn),未經(jīng)授權(quán),不得轉(zhuǎn)載,否則將追究法律責(zé)任。關(guān)注觀察者網(wǎng)微信guanchacn,每日閱讀趣味文章。
-
本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 請(qǐng)支持獨(dú)立網(wǎng)站,轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)注明本文鏈接:
- 責(zé)任編輯:孫武
-
“2027年起,整個(gè)產(chǎn)業(yè)將拱手讓給中國(guó)” 評(píng)論 56“不如申請(qǐng)成中國(guó)一省” ,德國(guó)鋰企竟如此激將歐盟 評(píng)論 90美兩員“大將”施壓未果,日本反倒成了“難啃的骨頭” 評(píng)論 91美國(guó)放風(fēng):伊朗有動(dòng)作了 評(píng)論 90靠萬斯“決勝一票”,“大而美”法案驚險(xiǎn)闖關(guān)參議院 評(píng)論 184最新聞 Hot
-
美方撤銷對(duì)華乙烷出口限制
-
特朗普參觀“鱷魚惡魔島”:拜登就想把我關(guān)在這兒,這XX養(yǎng)的
-
公安部通報(bào):陳某為吸粉引流編造“工行假金條”,已被依法追責(zé)
-
“2027年起,整個(gè)產(chǎn)業(yè)將拱手讓給中國(guó)”
-
特朗普威脅:敢礙事,就逮捕你
-
“7年前就發(fā)現(xiàn)問題了,一直沒修”
-
“不如申請(qǐng)成中國(guó)一省” ,德國(guó)鋰企竟如此激將歐盟
-
終于換了,特朗普:我很滿意
-
要跟中國(guó)對(duì)著干?“剛果(金),別斷送發(fā)展機(jī)遇”
-
美兩員“大將”施壓未果,日本反倒成了“難啃的骨頭”
-
白宮找補(bǔ):美國(guó)很強(qiáng),不信去問伊朗
-
何君堯:建議給皇后大道、維多利亞公園改名
-
“美國(guó)自毀長(zhǎng)城,中企憑高性價(jià)比一路高歌猛進(jìn)”
-
兩國(guó)矛盾激化,阿媒突然發(fā)文:收到匿名材料,是俄軍擊中的
-
裝不裝空調(diào),法國(guó)政客都能吵起來
-
潛入醫(yī)院裝電詐設(shè)備,騙走30萬!今年已發(fā)生多起
-