Неуловимая частица бозон Хиггса скоро будет поймана

Похоже, ученым, которые занимаются поисками бозона Хиггса, удалось-таки заманить его в "ловушку". Недавно "охотники за бозоном" обсудили результаты, полученные в прошлом году, на прошедшей недавно в Гренобле Европейской конференции по физике высоких энергий. Их доклады вселяют надежду на то, что эта неуловимая частица скоро будет поймана.

Согласно мнению физиков, присутствовавших на конференции, диапазон значений масс, в котором следует искать этот бозон, существенно сузился.

Бозон Хиггса (подробнее о нем вы можете прочитать в статье "Ученым удалось потрогать частицу бога") до сих пор поражает своей непредсказуемостью. Честно говоря, его поиски чем-то напоминают попытки найти черную кошку в темной комнате (причем совсем не факт, что она там есть). Судите сами: эта частица, предположительно возникающая при столкновении протонов друг с другом на высоких скоростях, распадается сразу же после рождения, не успев даже долететь до детектора, поэтому непосредственно его обнаружить нельзя. Так что приходится идти другим путем: в экспериментах регистрируются частицы, являющиеся продуктами распада бозона Хиггса, и уже по этим следам и ним восстанавливается картина того, что произошло мгновением раньше.

Но на этом трудности не заканчиваются. Дело в том, что согласно Стандартной квантово-механической модели этот зловредный бозон каждый раз распадается на разные частицы. По прогнозам, он может "породить" два фотона, два тау-лептона, которые имеют большую массу, 1,77 ГэВ, и поэтому данный распад считается самым вероятным и самым легко уловимым, кварк-антикварковую пару, а также пару W-бозонов и, наконец, пару Z-бозонов. В общем, вариантов множество, явно есть из чего выбирать. Однако подобная ситуация не облегчает, а, наоборот, весьма осложняет поимку.

Кроме того, большинство из вышеупомянутых частиц сразу же после образования также продолжают распадаться на другие, более стабильные, поэтому ситуация еще больше запутывается. В итоге реально физикам приходится иметь дело с толпой электронов, протонов, мюонов, позитронов и прочей "мелкой шушеры", которые после столкновения начинают как бешеные носится по коллайдеру, засвечиваться на всех детекторах и вносить в таблицы данных полнейший хаос. А у специалистов появляется новая головная боль — определить, какие именно из зарегистрированных событий имеют отношение к рождению бозона Хиггса, а какие нет.

Отчасти такая непредсказуемость и многовариантность наблюдается потому, что, к сожалению, вышеупомянутая Стандартная модель не дает четкого предсказания относительно массы хиггсовского бозона. Физики предположили вероятный диапазон ее значений только благодаря прошлым исследованиям, которые дали отрицательный результат (то есть показали, какие значения данная масса вообще не может принимать). Согласно их расчетам, значение массы этого бозона должно лежать где-то между 114 ГэВ (ограничение электрон-позитронного коллайдера LEP) и несколькими сотнями ГэВ. Но где именно в этом интервале оно находится — до сих пор неизвестно. Впрочем, многие ученые склоняются к тому, что наиболее вероятной областью будет диапазон в 115-150 ГэВ, хотя некоторые на всякий случай ищут бозон Хиггса в очень широком диапазоне масс (как правило, 100-600 ГэВ).

Читайте также: Конца света из-за коллайдера не будет

В то же время точное (насколько это возможно для такой нестабильной частицы) значение массы бозона Хиггса — очень важный параметр, от которого напрямую зависит вероятность рождения и картина предпочтительных распадов бозона Хиггса, а значит, и стратегия поиска самой частицы. То есть, проще говоря, если физики выяснят это значение, они будут точно знать, где нужно искать данный бозон. Именно поэтому одним из самых важных вопросов, который обсуждается на любой конференции, является сужение диапазона масс хиггсовского бозона и, следовательно, диапазона поиска.

Новая информация, изложенная на конференции учеными, анализировавшими результаты работы детектора CMS на Большом адронном коллайдере, относится к области масс с границами на 120 и 600 ГэВ. Как сообщается, ученые с 95-процентной вероятностью сумели исключить существование бозона Хиггса в двух широких интервалах массы, 149-206 и 300-440 ГэВ, а также в нескольких относительно узких областях, расположенных между этими интервалами. В то же время они сообщают, что с 90-процентной вероятностью следует "закрыть" для поисков более значительный диапазон от 145 до 480 ГэВ. Так что, как видите, круг "подозреваемых" по сравнению с данными прошлого года значительно сузился.

В то же время сотрудники БАК, работавшие с данными другого детектора, ATLAS, подтвердили выводы своих коллег, работавших с CMS. При той же вероятности в 95 процентов физики из ATLAS исключили два диапазона масс "стандартного" бозона Хиггса, составляющие 155-190 и 295-450 ГэВ. Как видите, результаты анализа оказались достаточно близки у обеих групп. Это значит, что, судя по всему, в указанных интервалах искать неуловимый бозон не стоит.

Однако самым интересным было сообщение о том, что некоторые признаки существования бозона Хиггса проявились вблизи значения массы в 120 ГэВ, чего по идее совсем не должно было быть (еще перед началом эксперимента теоретики установили нижнюю границу на значении 130 ГэВ). Там наблюдался ряд событий, зарегистрированных как CMS, так и ATLAS, результатом которых было появление ряда "незапланированных" частиц, в частности фотонов. В то же время ученые говорят, что это не обязательно свидетельствует о том, что неуловимый бозон "посетил" эти места.

"Хотя легкий хиггсовский бозон проявлял бы себя именно так, сигнал вполне может оказаться обычной флуктуацией фона, — перечисляет возможные варианты сотрудник CMS Джиджи Роланди. — У ATLAS и CMS также могут обнаружиться какие-то общие проблемы с моделированием фона, и тогда сигнал потеряет всякую значимость".

Самой перспективной областью нахождения бозона Хиггса был объявлен диапазон масс от 130 до 150 ГэВ. Ученые, работавшие как с CMS, так и ATLAS, отметили, что именно в этом промежутке был обнаружен непонятный избыток частиц. Многие эксперты сразу же предположили, что масса бозона Хиггса может находиться именно в этом интервале. Однако далеко не все физики согласны с данным утверждением.

Так, доктор физико-математических наук, заместитель руководителя отдела теоретической физики Петербургского института ядерной физики РАН Дмитрий Дьяконов отметил, что эти данные весьма недостоверны, поскольку все полученные сигналы были достаточно слабыми. Может быть, они также были вызваны проблемами, которые возникали при настройке или работе детекторов. Вообще, ученый считает, что от "классических" представлений о бозоне Хиггса в ближайшем будущем придется, возможно, отказаться.

"В научном сообществе наблюдается некоторое разочарование и назревает чувство, что Стандартная модель в своем примитивном, хиггсовском, воплощении нас обманула и что истина несколько сложнее, — говорит Дьяконов. — Практически во всех более сложных конструкциях бозон Хиггса либо отсутствует, либо представляет собой сложный составной объект или вообще имеет другие свойства. По мере ненаблюдения хиггсовского бозона на БАК и "Тэватроне" такие варианты обсуждают все живее".

Кстати, сотрудники "Тэватрона" на конференции выдали очередную сенсацию. Они рассказали о том, что, согласно данным детектора D0 за восемь лет, была обнаружена странная устойчивая асимметрия при рождении топ-кварков и антикварков в результате столкновении пучков протонов и антипротонов. Согласно расчетам, топ-кварки должны приблизительно с равной частотой вылетать как в направлении летящих протонов, так и в направлении антипротонов. Однако исследователи обнаружили, что появляющиеся топ-кварки чаще вылетают в направлении протонов и реже — антипротонов. Пока ученые не могут однозначно объяснить, с чем связан такой "перекос". И связан ли он как-то с появлением искомого бозона Хиггса.

Читайте также: "Прелестный" барион спасет "Тэватрон"

Итак, можно сказать, что год напряженного поиска бозона Хиггса не прошел даром — теперь специалисты, по крайней мере, точно знают, где надо искать эту неуловимую частицу. Не исключено, что скоро они смогут представить отчет, в котором будет фигурировать сообщение об окончательной "поимке" данного бозона…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"