IDENTIFICAÇÃO DE PARTÍCULAS SUBATÔMICAS EM ALTAS ENERGIAS MEDIANTE ALGORITMOS DE MACHINE LEARNING

por João Paulo Seixas Alves e Silva publicado 13/09/2021 14h38, última modificação 20/10/2023 16h30

OrientadoraCristine Nunes Ferreira

Machine Learning, ou, aprendizado de máquina, é uma das áreas de grande destaque na ciência da computação atualmente. Nessa área, existem técnicas muito promissoras para trabalhar com um número muito grande de dados que podem ser usadas em uma gama de problemas incluindo a comprovação dos modelos de física de partículas. Os grandes empreendimentos envolvendo colaborações internacionais para o estudo das partículas fundamentais da natureza buscam por respostas para as grandes questões. Por este motivo, se construiu um grande colisor, que opera numa energia equivalente a energia de criação de partículas, importante não só para validação do modelo padrão, mas também para encontrar nova física, pois se acredita que o modelo padrão seja somente um modelo efetivo. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é a classificação das partículas geradas nesta colisão usando dois tipos de modelos do aprendizado de máquina: árvore de decisão e rede neural. O método utilizou base de dados vindas do LHCb passando por seleção das melhores features e otimização dos modelos para alcançar maior precisão. Um dos principais resultados alcançados é de que as redes neurais obtiveram uma precisão similar às arvores de decisão e que a utilização de todas as features mostrou-se mais proeminente nos modelos de árvores de decisão. Espera-se com esse trabalho possa elucidar o funcionamento dos principais modelos de machine learning e que sirva de referência futura para utilização de métodos computacionais a física de altas energias. Palavras-chave: Aprendizado de Máquina, Experimentos em Altas Energias, Física de Partículas.

Machine Learning is one of the areas of great prominence in computer science today. In this area, there are very promising techniques for working with many data that can be used in a range of problems including the verification of models of particle physics. Large enterprises involving international collaborations to study the fundamental particles of nature seek answers to major questions. For this reason, a large collider was built, which operates in an energy equivalent to the energy of particle creation, important not only for validating the standard model but also for finding new physics, as it is believed that the standard model is only an effective model. In this sense, the objective of this work is to classify the particles generated in this collision using two types of machine learning models: decision tree and neural network. The method used a database coming from the LHCb through the selection of the best features and optimization of the models to achieve greater precision. One of the main results achieved is that the neural networks obtained an accuracy similar to the decision trees and that the use of all features was more prominent in the decision tree models. It is hoped that this work can elucidate the functioning of the main models of machine learning and that it will serve as a future reference for the use of computational methods in high energy physics. Keywords: Machine Learning, High Energy Physics Experiments, Particle Physics.

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