Во вторник в Женеве в Европейском центре ядерных исследований (CERN) состоялся специальный семинар, на котором были представлены два доклада, посвященные поискам бозона Хиггса. За несколько дней до мероприятия в блогах, посвященных физике элементарных частиц, активно обсуждались слухи, что во вторник физики могут объявить об открытии бозона Хиггса. В какой-то степени эта информация подтвердилась.
Напомним, что бозон Хиггса представляет собой последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели. Эта гипотетическая частица отвечает за массы всех других элементарных частиц, однако теория не позволяет точно установить массу бозона Хиггса, и физики рассчитывают, что найти частицу (или убедиться в том, что ее не существует) позволят эксперименты на Большом адронном коллайдере. Сразу напомним, что физики измеряют массы частиц в единицах энергии – электронвольтах, — основываясь на знаменитой формуле Эйнштейна: E=mc2, и, к примеру, значение 100 ГэВ/c2 примерно в 107 раз больше массы протона (подробнее о бозоне Хиггса и истории его появления у физиков-теоретиков можно узнать из вреза).
Первой выступила руководитель эксперимента ATLAS Фабиола Джанотти. Она представила данные, которые подтверждают отсутствие бозона Хиггса в диапазоне масс 131–453 ГэВ, что, в общем, не стало большим сюрпризом — на летней конференции в Гренобле физики уже объявили о том, что они исключили широкий диапазон масс выше 141 ГэВ.
Гораздо больший интерес вызвало подтверждение информации о том, что на значении 126 ГэВ зарегистрирован сигнал, который может быть признаком существования бозона Хиггса.
Впрочем, уровень достоверности этого сигнала составляет 3,5 сигма (значения 3 было бы достаточно, чтобы говорить о признаках существования частицы, но для открытия необходимо 5 сигма).
Выступавший следом руководитель эксперимента CMS Гвидо Тонелли представил данные, из которых следовало, что бозон Хиггса не существует при массах от 127 ГэВ до 600 ГэВ.<3>
Таким образом, признаки существования бозона Хиггса, которые были обнаружены в узком интервале масс 130–150 ГэВ и о которых сообщалось летом, оказались простыми флуктуациями.
Зато эксперимент CMS также зафиксировал признаки сигнала при значении массы 126 ГэВ, уровень достоверности этого сигнала в зависимости от метода обработки данных составляет 2,6 или 1,9 сигма.
«То, что исключен широкий интервал масс, важно, во-первых, потому что сужается окно для поиска бозона Хиггса. Во-вторых, в суперсимметричных моделях, например, бозон Хиггса не очень тяжелый, и то, что исключен относительно тяжелый «Хиггс», говорит о том, что, возможно, суперсимметрия еще может быть найдена, — пояснил «Газете.Ru» старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики и член коллаборации CMS Андрей Крохотин. — Есть небольшой намек на сигнал, причем как у ATLAS, так и у CMS, но не более того. Значимость очень небольшая.<4>
Это скорее намек. Может оказаться, что там что-то и есть, но так же легко все еще может рассосаться.
Может оказаться, что бозон Хиггса вообще не найдут, так как пока лишь показано, что если бозон Хиггса существует, то он не очень тяжелый. Если «Хиггса» не найдут, это будет еще интереснее. Если бозона Хиггса нет, то это будет абсолютно точно понятно в следующем году».
«Обе группы видят, причём сразу по нескольким продуктам распада, слабые сигналы, отвечающие примерно одинаковой массе бозона около 130 масс протона. Слова «слабый сигнал» означает, что число событий распада не сильно превышает естественный фон для таких событий, который был бы и так, даже если бы никакого бозона Хиггса вообще не было. Поэтому физики говорят не об открытии, а только о вероятности НЕоткрытия – она сейчас составляет примерно такую же вероятность как если бы при бросании монетки «орёл» выпал подряд пять раз. Мы понимаем, что такое случается, даже если монетка идеально ровная. Так что может быть, что бозон Хиггса «видят», а может быть, что это случайная вероятностная флуктуация, — пояснил «Газете.Ru» Дмитрий Дьяконов, зав. сектором теоретической физики высоких энергий Петербургского института ядерной физики. — Нужно больше измерений, больше статистика, чтобы подтвердить или опровергнуть существование бозона Хиггса в этой области масс».
Завершился семинар финальной ремаркой директора CERN Рольфа Хойера: «Это предварительные результаты. Больше данных у нас будет в 2012 году. Мы еще ничего не нашли и не опровергли. Всех с Рождеством!»
«По существу, то, что сейчас принято называть «механизмом Хиггса», было придумано Гинзбургом и Ландау в 1950 в той же статье про сверхпроводимость, за которую В.Л. Гинзбург много лет спустя получил Нобелевскую премию.
«Явление Хиггса» — это то же самое, что эффект Мейсснера в сверхпроводниках, в просторечии именуемый «гроб Магомета»: фотон приобретают массу, магнитное поле не проникает в сверхпроводник, который поэтому «зависает» в воздухе, если его поместить в магнитное поле, — обратил внимание на этот факт Дмитрий Дьяконов. — Другой великий физик, американец Филлип Андерсон, тоже отмеченный печатью гения, в 1962 предложил использовать механизм Гинзбурга - Ландау в физике частиц. Современная версия всё той же идеи была предложена одновременно и независимо в работах трёх групп авторов в 1964 году: 1) Robert Brout и Francois Englert, 2) Peter Higgs, 3) Gerald Guralnik, C.R. Hagen, и Tom Kibble. Но термин «механизм Хиггса», «бозон Хиггса» исторически выделил лишь одного из многих причастных физиков – видимо потому, что так говорить короче».