ОБОБЩЕНИЕ - Бозон Хиггса: физики ЦЕРНа нашли новую частицу или новую физику

4 июля 2012 года

Меньше суток осталось до, возможно, самого ожидаемого научного события 2012 года - физики Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) утром в среду поставят точку в полувековых поисках бозона Хиггса, сообщив о новых результатах, полученных на Большом адронном коллайдере. Пока, правда, не ясно, не придется ли "дорисовывать" эту точку до большого вопросительного знака.

Источник в ЦЕРНе подтвердил , что оба детектора, ATLAS и CMS, "видят" новую частицу с массой 125-126 гигаэлектронвольт с достоверностью около пяти сигма, что соответствует уровню открытия.

"Однако является ли эта частица бозоном Хиггса, мы пока сказать не можем, для этого нужно измерить ее спин (собственный момент импульса - ред.). В самом интересном канале, распада бозона на два Z-бозона, мы видим только восемь событий, и этого слишком мало, чтобы измерить спин. Если спин будет равен 0, это Хиггс Стандартной модели. Единица исключена другими экспериментами, а если спин будет равен двум, то тогда это будет какая-то экзотическая частица, и это интереснее, чем Хиггс"

Он также подчеркнул, что до последнего момента, собственно начала семинара, могут появиться новые результаты, в том числе и по спину.

ПОЛВЕКА В ПУТИ

Бозон Хиггса - последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели. Это гипотетическая частица отвечает за массы всех других элементарных частиц. Так называемый хиггсовский механизм, который объясняет происхождение массы, был предложен в 1962 году американским физиком Филиппом Андерсоном, а двумя годами позже детально проработан тремя независимыми группами ученых - Франсуа Англером и Робертом Браутом, Питером Хиггсом, а также Джеральдом Гуральником, Карлом Хагеном и Томом Кибблом.

Почти два десятилетия назад физик Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми, нобелевский лауреат Леон Ледерман в своей книге в шутку назвал бозон Хиггса "частицей Бога", и это название, ко всеобщему неудовольствию физиков, намертво приклеилось к "неуловимому" бозону в заметках и сюжетах СМИ.

Спустя полвека после публикации статей, каждая из которых была признана вехой в истории физики элементарных частиц, четверо из шести ученых - Англер, Хиггс, Гуральник и Хаген - официально приглашены на двухчасовой семинар ЦЕРН в Женеве. На нем официальные представители двух "соперничающих" коллабораций Большого адронного коллайдера, Фабиола Джианотти из ATLAS и Джо Инкандела из CMS, расскажут о последних сводках охоты на бозон Хиггса.

Физик из Колумбийского университета в Нью-Йорке Питер Войт (Peter Woit) в своем блоге Not Even Wrong отмечает, что предыдущее громкое заявление об открытии новой частицы ЦЕРН сделал 4 июля 1984 года, что тоже выпало на среду. Тогда "все прошло не так уж здорово", пишет ученый - физики объявили об обнаружении топ-кварка, или истинного кварка, массу которого оценили в 40 гигаэлектронвольт. На самом деле масса этой частицы составляет около 173 гигаэлектронвольт, и она оказалась слишком "тяжелой" для ускорителя ЦЕРНа того времени - обнаружили топ-кварк на американском коллайдере Теватрон только через 11 лет, в 1995 году.

"Но сейчас все совсем по-другому, результаты подтверждены двумя независимыми экспериментами, и их стандарты очень высоки", - подчеркнул Войт.

ЧАСТИЦА, ПОХОЖАЯ НА ХИГГСА

В конце июня целый ряд ученых-блогеров, постоянно следящих за новостями из ЦЕРНа, сообщили, что организация собирается представить на главной научной конференции по физике частиц ICHEP 2012 новые результаты поисков бозона Хиггса. С этого момента новостные агентства, "желтые" газеты и сами же блогеры начали жесточайшее соревнование, которое по масштабам, пожалуй, не уступало собственно "гонке" двух ускорителей, европейского БАКа и американского Теватрона.

Обе коллаборации Большого адронного коллайдера установили строгое эмбарго на распространение новых данных, однако во вторник, за день до "дня Х" (H-day), портал Nature News все же опубликовал заметку со ссылкой на неназванные источники, которые сообщили изданию, что обнаружена новая частица, "очень похожая на бозон Хиггса".

Масса обнаруженной частицы составляет около 125 гигаэлектронвольт, что близко к значениям, представленным ранее. В декабре 2011 года физики, работающие на детекторе ATLAS, объявили, что видят некоторое превышение сигнала над фоном в интервале от 116 до 130 гигаэлектронвольт. Группа CMS тогда же сообщала о признаках существования Хиггса в области масс между 115 и 127 гигаэлектронвольт.

Однако главной интригой и предметом тщательной охраны был не столько интервал массы бозона Хиггса, сколько статистическая значимость полученных результатов. В декабре этот показатель для детектора ATLAS составлял 2,8 стандартных отклонения (сигма) - это очень близко к уровню в три сигма, когда физики говорят о "свидетельствах" существования новой частицы. Завтра же, по данным Nature News, ученые, работающие с ATLAS и CMS, представят результаты со статистической значимостью от 4,5 до 5 сигма, а это уже практически открытие.

Источники осторожно подчеркивают, что для того, чтобы окончательно и бесповоротно "заклеймить" обнаруженную частицу как бозон Хиггса, потребуются дополнительные данные и их тщательный анализ, хотя ряд комментаторов склоняются к тому, что это "необходимые оговорки", с помощью которых ученые пытаются удержать сенсационный пыл представителей СМИ.

"Если нечто плавает в пруду и крякает как утка, наверное, небезосновательно считать это уткой, особенно когда ты ожидал обнаружить утку. Последующие наблюдения просто покажут нам, какого вида эта утка", - резюмирует физик Филипп Гиббс в своем блоге ViXra.org.

ПРИВЕТ ИЗ АМЕРИКИ

Американские физики из Фермилаба в некотором роде "выступили на разогреве" у европейских коллег, представив окончательные результаты более чем десятилетних поисков бозона Хиггса - по их данным, если частица существует, то ее масса находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт. Уровень статистической значимости этого результата для канала распада бозона на два высокоэнергетических гамма-фотона составляет 2,9 стандартных отклонения (сигма).

Руководитель коллаборации D0 Дмитрий Денисов пояснил , что после "переобработки" всех данных, собранных на Теватроне за последние десять лет его работы, с новыми алгоритмами ученые увидели события образования и распада бозона Хиггса. Этот результат, по его словам, потребует подтверждения другими экспериментами, в том числе на Большом адронном коллайдере, но "мало у кого здесь в Фермилабе есть сомнения".

"Мы на Теватроне знаем, как открывать частицы. Мы открыли топ-кварк, шесть новых барионов (частиц, состоящих из новых комбинаций кварков - ред.), процесс самых быстрых переходов между материей и антиматерией и много других новых процессов. То, что мы видим в наших данных по Хиггсу, полностью напоминает мне все предыдущие открытия - все указания, в различных каналах и независимо для двух экспериментов в Фермилабе, CDF и D0, все указывает на то, что бозон Хиггса существует", - сказал Денисов.

Он признал, что еще пять месяцев назад был скептиком и ожидал, что "если не в марте, то этим летом мы покажем, что Хиггса нет, и нужна новая теория для объяснения массы всех частиц".

"Но эксперимент убедительно показал, что бозон Хиггса существует, и это торжество и теории, и эксперимента", - подчеркнул ученый.

Денисов также добавил, что большой вклад в этот результат внесли и российские ученые - в эксперименте D0 работает около 100 представителей Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Института физики высоких энергий (ИФВЭ) в Протвино, МГУ имени Ломоносова, Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и Петербургского института ядерной физики имени Константинова (ПИЯФ).

НОВОЕ НАЧАЛО

Пока газеты упражняются в сравнениях ожидаемых результатов то с "отпечатками пальцев", то с "окаменевшими следами" бозона Хиггса, сами герои недели, как экспериментаторы в ЦЕРН, так и физики-теоретики, похоже, уже вовсю рассуждают о том, что будет, когда закончится трансляция семинара, и отгремят аплодисменты.

Официальный представитель коллаборации CMS Джо Инкандела, который будет выступать на семинаре в среду, в своей колонке для журнала Symmetry подчеркивает, что СМИ и обществу нужно обратить больше внимания не на очевидный "гамлетовский" вопрос - быть или не быть бозону Хиггса - а на другой, куда более важный: "Что дальше?".

Инкандела сравнивает открытие частицы с обнаружением гробницы фараона Тутанхамона: археолог Говард Картер потратил на ее поиски в Долине Царей пять лет и сначала обнаружил лишь каменную ступеньку в основании другой гробницы. Затем команда Картера нашла дверь с печатями фараонов и лишь спустя несколько недель работы - порог этого входа в гробницу, где было написано имя Тутанхамона. Тогда, пишет представитель CMS, "уже становилось ясно, что именно нашли археологи, но они же не объявили об открытии, собрали вещи и уехали - все самое удивительное было еще впереди".

"Может быть, мы нашли такой бозон Хиггса, какой искали. Может быть, мы нашли частицу, похожую на бозон Хиггса, которая по своим свойствам немного отличается от того, чего мы ожидали. Возможно, мы вообще нашли совершенно иную частицу. Исследование всех этих "комнат" может привести нас к "дверям" в новую физику за пределами Стандартной модели", - пишет ученый.

"Чем бы ни закончился поиск бозона Хиггса, открытия только начинаются", - заключил Инкандела.