[PPT] - D a r k M a c h i n e s H i g h d i me n s i o PowerPoint Presentation

SLIDE 1

D a r k M a c h i n e s

H i g h d i me n s i

n

a l s a mp l i n g p r

j

e c t

M a r t i n Wh i t e , J

a

q u i n V a n s c h

r

e n

SLIDE 2

A i m

f

t h e c h a l l e n g e

F

i n d a w e s

m

e t e c h n i q u e s f

r

s a m p l i n g h i g h d i m e n s i

n

a l p a r a m e t e r s p a c e s t h a t w e h a v e n e v e r u s e d i n p a r t i c l e a s t r

p

h y s i c s ( w i t h h e l p f r

m
u

r m a c h i n e l e a r n i n g e x p e r t s )

D

e v e l

p

r e a l i s t i c p h y s i c s c a s e s t u d i e s , a n d e v a l u a t e e a c h t e c h n i q u e ( w i t h t h e h e l p

f
u

r p h y s i c s e x p e r t s )

P

r e p a r e a d e t a i l e d s u m m a r y t h a t c

m

p a r e s t h e t e c h n i q u e s a n d p r e s e n t s

u

r r e s u l t s

SLIDE 3

T

d

a y

A

b r i e f r e m i n d e r

f

t h e p r

j

e c t

Wi

l l p r e s e n t s

m

e t a n g i b l e p r

g

r e s s

Wi

l l s e t u p d i s c u s s i

n

s / i m m e d i a t e c

d

i n g p r

b

l e m s f

r

t h e w

r

k i n g s e s s i

n

s

SLIDE 4

A t y p i c a l p a r t i c l e a s t r

p

h y s i c s p r

b

l e m

c
l

l i d e r s ( L H C + p r e v i

u

s )

m

e a s u r e m e n t s

f

t h e m a g n e t i c m

m

e n t

f

t h e m u

n
e

l e c t r

w

e a k p r e c i s i

n

t e s t s

d

a r k m a t t e r d i r e c t d e t e c t i

n

e x p e r i m e n t s

s

e a r c h e s f

r

a n t i m a t t e r i n c

s

m i c r a y s , n u c l e a r c

s

m i c r a y r a t i

s
r

a d i

a

s t r

n
m

y d a t a

e

fg e c t s

f

d a r k m a t t e r

n

r e i

n

i s a t i

n

, r e c

m

b i n a t i

n

a n d h e l i

s

e i s m

l
g

y

r

e l i c d e n s i t y ( C M B +

t

h e r d a t a )

n

e u t r i n

m

a s s e s a n d m i x i n g s

I

n d i r e c t D M s e a r c h e s ( e . g . F E R M I

L

A T , H E S S , C T A , I c e C u b e , e t c ) We have a bunch of data from different experiments that might be sensitive to dark matter:

SLIDE 5

A t y p i c a l p a r t i c l e a s t r

p

h y s i c s p r

b

l e m

We

m a y h a v e a p a r t i c u l a r t h e

r

y

f

d a r k m a t t e r ( e . g . a p a r t i c u l a r L a g r a n g i a n i n p a r t i c l e p h y s i c s )

Wh

i c h v a l u e s

f

t h e p a r a m e t e r s

f

t h a t t h e

r

y a r e p r e f e r r e d g i v e n t h e d a t a ?

H
w

p r

b

a b l e

r

l i k e l y i s t h e m

d

e l r e l a t i v e t

t

h e r m

d

e l s

f

d a r k m a t t e r ?

T

h e l i k e l i h

d
f

t h e m

d

e l c a n b e e x p r e s s e d a s a c

m

p

s

i t e l i k e l i h

d

a s s u m i n g e a c h s e t

f

m e a s u r e m e n t s i s i n d e p e n d e n t :

SLIDE 6

A t y p i c a l p a r t i c l e a s t r

p

h y s i c s p r

b

l e m

We

e i t h e r w a n t t

m

a p t h e s h a p e

f

t h e m u l t i

d

i m e n s i

n

a l l i k e l i h

d

s u r f a c e a n d u s e i t t

d

e fj n e c

n

fj d e n c e i n t e r v a l s ( F r e q u e n t i s t ) ,

r

u s e a p r i

r

a n d

u

r l i k e l i h

d

t

d

e fj n e a p

s

t e r i

r

, a n d m a p t h a t ( B a y e s i a n )

T

h e l i k e l i h

d

i s n

t

k n

w

n a n a l y t i c a l l y , b u t c a n b e m a p p e d b y s a m p l i n g t h e f u n c t i

n

: f

r

e a c h p a r a m e t e r p

i

n t , w e c a n s i m u l a t e t h e v a r i

u

s e x p e r i m e n t s a n d c

m

p a r e t h e t h e

r

e t i c a l p r e d i c t i

n

s t

d

a t a t

b

t a i n a l i k e l i h

d

SLIDE 7

O t h e r p r

b

l e m s

T

h e s e s

r

t s

f

p r

b

l e m s a r e u b i q u i t

u

s i n p h y s i c s , e . g . : fj t t i n g p a r t

n

d e n s i t y f u n c t i

n

s t

e

x p e r i m e n t a l d a t a t

b

t a i n t h e s t r u c t u r e

f

t h e p r

t
n

, e x t r a c t i n g t h e n e u t r i n

s

e c t

r

p a r a m e t e r s f r

m

a c c e l e r a t

r

a n d a t m

s

p h e r i c d a t a , e x t r a c t i n g fm a v

u

r p h y s i c s p a r a m e t e r s , …

I

n e a c h c a s e , t h e p a r a m e t e r s

f

t h e p a r t i c l e p h y s i c s m

d

e l a r e u s u a l l y p

r

l y c

n

s t r a i n e d a p r i

r

i , b u t t h e r e a r e a d d i t i

n

a l n u i s a n c e p a r a m e t e r s t h a t a r e b e t t e r

c
n

s t r a i n e d ( e . g . e x p e r i m e n t a l s y s t e m a t i c s , m a s s m e a s u r e m e n t s

f

S M p a r t i c l e s , v e l

c

i t y

f

d a r k m a t t e r i n t h e f r a m e

f

t h e E a r t h , e t c )

SLIDE 8

S l

w

l i k e l i h

d

c a l c u l a t i

n

s

A

p a r t i c u l a r f e a t u r e

f

i n t e r e s t i n g p r

b

l e m s i s t h a t t h e c a l c u l a t i

n
f

e a c h l i k e l i h

d

m i g h t b e v e r y s l

w
F
r

t h e G A M B I T L a r g e H a d r

n

C

l

l i d e r

b

s e r v a b l e s , w e m a n a g e d t

g

e t

u

r s i m u l a t i

n

s t

r

u n i n 5 s , b u t t h i s t a k e s m a s s i v e p a r a l l e l i s a t i

n
P

D F fj t s r e q u i r e a c a l c u l a t i

n

t h a t t a k e s ~ 2 s , a n d t h e r e a r e

v

e r 1 n u i s a n c e p a r a m e t e r s t

s

c a n

v

e r

C
s

m

l
g

i c a l c a l c u l a t i

n

s t h a t r e q u i r e s i m u l a t i n g t h e r e c

m

b i n a t i

n

h i s t

r

y

f

t h e u n i v e r s e m i g h t n e e d m i n u t e s p e r p

i

n t

SLIDE 9

N

t

a l l p r

b

l e m s a r e e q u a l l y c h a l l e n g i n g

T

h e p

s

t e r i

r

i s u s u a l l y u n i m

d

a l i n c

s

m

l
g

i c a l a p p l i c a t i

n

s ( t h u s M a r k

v

C h a i n M

n

t e C a r l

t

e c h n i q u e s h a v e r e m a i n e d p

p

u l a r ) ,

r

i n P D F fj t s

T

h e p

s

t e r i

r

i s m u l t i m

d

a l i n , e . g . , g l

b

a l fj t s

f

s u p e r s y m m e t r i c m

d

e l s , w i t h v e r y t h i n r e g i

n

s

f

i n t e r e s t i n s

m

e c a s e s ( d u e t

s

p e c i a l c

n

d i t i

n

s b e i n g n e e d e d t

r

e p r

d

u c e t h e c

r

r e c t d a r k m a t t e r r e l i c d e n s i t y )

C
m

p

s

i t e H i g g s t h e

r

i e s r e p r e s e n t t h e b i g g e s t c h a l l e n g e s I h a v e y e t s e e n ( h

r

r i b l e t h i n s h e e t s i n t h e p a r a m e t e r s p a c e , w h i c h r e q u i r e d e l i c a t e c a n c e l l a t i

n

s b e t w e e n s e c t

r

s

f

t h e t h e

r

y t

g

e t t h e r i g h t S M H i g g s m a s s a n d q u a r k m a s s e s )

SLIDE 10

G A M B I T s a m p l i n g

SLIDE 11

S c a n n e r B i t a l g

r

i t h m s

S

c a n n e r B i t c

n

t a i n s c u s t

m

c

d

e

r

i n t e r f a c e s f

r

t h e f

l

l

w

i n g m e t h

d

s : R a n d

m

G r i d M a r k

v

C h a i n M

n

t e C a r l

(

M C M C ) E n s e m b l e M

n

t e C a r l

N

e s t e d S a m p l i n g D i fg e r e n t i a l e v

l

u t i

n

SLIDE 12

P r

g

r e s s s

f

a r

K

i c k

fg

m e e t i n g w a s h e l d i n O c t

b

e r

I

n i t i a l s u g g e s t i

n

s f

r

t

p

i c s t

i

n v e s t i g a t e w e r e : 1 ) B a y e s i a n

p

t i m i s a t i

n

2 ) A c t i v e l e a r n i n g 3 ) M u l t i

fj

d e l i t y

p

t i m i s a t i

n

4 ) L i k e l i h

d
f

r e e i n f e r e n c e 5 ) M u l t i

a

r m e d b a n d i t , T h

m

p s

n

s a m p l i n g . 6 ) R e v i s i t i n g B A M B I w i t h a b e t t e r m a c h i n e l e a r n i n g m

d

u l e 7 ) T r a i n i n g c l a s s i fj e r s t

g

e t q u i c k e s t i m a t e s

f

w h i c h m

d

e l s a r e p h y s i c a l f

r

c

m

p l e x c a s e s ( e . g . c

m

p

s

i t e H i g g s , 1 9 D S U S Y ) .

SLIDE 13

B a s i c i d e a

R

e p e a t a S c a n n e r B i t s t y l e s t u d y w i t h a w i d e r v a r i e t y

f

t e c h n i q u e s , a n d a s e r i e s

f

t

y

f u n c t i

n

s + p h y s i c s c a s e s

H

a v e i n i t i a l l y s e t t l e d

n

t h e M u l t i N e s t “ e g g b

x

” l i k e l i h

d

f

r

t e s t i n g

SLIDE 14

B A M B I

B

A M B I = M u l t i N e s t + a r t i fj c i a l n e u r a l n e t w

r

k s

B

a s i c i d e a : T r a i n a n e u r a l n e t w

r

k

n

t h e l i k e l i h

d

f u n c t i

n

d u r i n g t h e s a m p l i n g

S

t a r t u s i n g t h e a p p r

x

i m a t i

n

t

t

h e l i k e l i h

d

w h e n t h e e s t i m a t e i s d e e m e d t

b

e a c c u r a t e e n

u

g h

T

h e

r

i g i n a l v e r s i

n
f

B A M B I u s e d t h e S k y N e t n e u r a l n e t t r a i n i n g a l g

r

i t h m ( a r X i v : 1 3 9 . 7 9 )

MNRAS, Vol. 421, Issue 1, pg. 169-180 (2012)

SLIDE 15

N e w : p y B A M B I

T

h e B A M B I f u n c t i

n

a l i t y h a s b e e n r e w r i t t e n i n p y t h

n

: h t t p s : / / g i t h u b . c

m

/ D a r k M a c h i n e s / p y B A M B I

H

a v e r e p l a c e d S k y N e t w i t h a k e r a s

b

a s e d n e u r a l n e t i m p l e m e n t a t i

n
T

h e r e a r e s t i l l p l e n t y

f

t h i n g s t

t

h i n k a b

u

t : 1 ) C

m

e u p w i t h a s e n s i b l e d e f a u l t f

r

n e t w

r

k a r c h i t e c t u r e 2 ) I n v e s t i g a t e t r a i n i n g

n

t h e p

s

t e r i

r

, a n d n

t

j u s t t h e l i k e l i h

d

3 ) I n v e s t i g a t e d i fg e r e n t m e t h

d

s f

r

a s s e s s i n g t h e a c c u r a c y

f

t h e t r a i n e d n e t

SLIDE 16

B a y e s i a n

p

t i m i s a t i

n
H

a v e h a d a p r e s e n t a t i

n

f r

m

E d u a r d

G

a r r i d

M

e r c h a n

H

a v e r e c r u i t e d a n A d e l a i d e s t u d e n t t

c
m

p a r e B a y e s i a n

p

t i m i s a t i

n

w i t h c

n

v e n t i

n

a l g l

b

a l fj t a p p r

a

c h f

r

t

y

p r

b

l e m s ( p l u s a n I c e C u b e e x a m p l e )

C

a n w e u s e t h i s w e e k t

d

i s c u s s p a r t i c u l a r B a y e s i a n

p

t i m i s a t i

n

i m p l e m e n t a t i

n

s t h a t w e w a n t t

t

r y

u

t / g e t s

m

e s k e l e t

n

c

d

e ?

SLIDE 17

A c t i v e l e a r n i n g

H

a v e h a d a p r e s e n t a t i

n

f r

m

B

b

S t i e n e n

N
a

c t i v e c

d

i n g i n t h e g r

u

p s

f

a r

C

a n w e u s e t h i s w e e k t

s

t a r t t h e b a l l r

l

l i n g ?

SLIDE 18

O t h e r i d e a s

T

h e b

t

t l e n e c k i n L H C s i m u l a t i

n

s i s M

n

t e C a r l

e

v e n t g e n e r a t i

n
C

a n w e u s e t h e D e e p G e n e r a t i v e M

d

e l a p p r

a

c h

u

t l i n e d i n a r X i v : 1 9 1 . 8 7 5 f

r

s i g n a l g e n e r a t i

n

?

S

u g g e s t i

n

: u s e t h e r e c e n t G A M B I T 4 D E WM S S M s t u d y a s a t e s t c a s e (

n

l y 4 s i g n a l p a r a m e t e r s , e v e n t s a r e r e l a t i v e l y u n c

m

p l i c a t e d , t h u s a n i c e t e s t b e d )

SLIDE 19

S u m m a r y

T

h e s a m p l i n g p r

j

e c t i s w e l l

d

e fj n e d , b u t w e s h

u

l d u s e t h i s w e e k t

s

e t u p r a p i d p r

g

r e s s

v

e r t h e n e x t f e w m

n

t h s

T

h e r e a r e l

t

s

f

p l a c e s t

c
n

t r i b u t e : 1 ) F u r t h e r d e v e l

p

m e n t

f

p y B A M B I 2 ) C

m

m i s s i

n

i n g B a y e s i a n

p

t i m i s a t i

n

a n d a c t i v e l e a r n i n g t e c h n i q u e s i n t h e c

d

e b a s e 3 ) D e t a i l e d c

m

p a r i s

n
f

s a m p l i n g m e t h

d

s 4 ) N

v

e l a p p r

a

c h e s t

L

H C s i g n a l M C g e n e r a t i

n