Бозон Хиггса, скорее всего, обнаружен

4 июля 2012 года в 9:00 по центрально-европейскому летнему времени Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН), всесторонне проанализировавшая данные Большого адронного коллайдера (БАК), скорее всего, объявит об открытии бозона Хиггса.

В самом крайнем случае нам расскажут о «вполне явных свидетельствах его существования», а это то же самое, что открытие «частицы Бога». Но остаётся вопрос: какие конкретно параметры характеризуют новую частицу и что из этого следует?

Итак, бозон Хиггса, важнейший элемент Стандартной модели, возникающий вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии, опять «близок к обнаружению». Только на сей раз он уже обнаружен, просто нам с вами об этом ещё не сказали. Напомним: в Стандартной модели он отвечает за множество элементарных частиц, играя главную роль в механизме, посредством которого одни частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны). «Ничего подобного человеческим существам или Земле без бозона Хиггса просто не могло бы быть», — резонно замечает американский физик Мэттью Штрасслер. И это делает понятным некоторый ажиотаж вокруг объявления о его открытии.

Для начала попробуем представить себе, что именно нам расскажут 4 июля. Это проще, чем кажется: чем крупнее событие, тем труднее его скрыть. Немало замечательных физиков и математиков, что называется, держат руку на пульсе происходящего, даже не будучи напрямую вовлечёнными в процесс, и многие из них ведут веб-дневники. К примеру, математик Питер Войт из Колумбийского университета (США) уже изложил в своём блоге детали предстоящих событий.

Приступим же к моделированию того, что будет объявлено в среду, начав с фона, на котором происходят события.

Сегодня, в понедельник, Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми (США) попробует присоединиться к первооткрывателям, работающим с БАКом, обнародовав часть данных по «Теватрону» — ускорителю, который длительное время тщился обнаружить следы распада «лёгкого» (в диапазоне масс 115–158 ГэВ) бозона Хиггса. Для этого ускорителя, уступающего БАКу по мощности, наиболее удобным с точки зрения отбора событий является рождение бозона Хиггса в паре с W- или Z-бозоном и его распад на b-анти-b-пару (ассоциативное рождение WH или ZH). Хотя «Теватрон» пытается искать «частицу Бога» сразу по многим каналам, именно эта возможность остаётся на сегодня его главным (и, вероятно, единственным) козырем в соревновании с БАКом: тот просто слишком мощен, чтобы хорошо отслеживать такие варианты.

Коллаборации ATLAS и CMS, ищущие хиггсовский бозон на БАКе, перед технической остановкой 18 июня набрали по 6 обратных фемтобарн данных и сейчас пытаются проанализировать их. Но, скорее всего, ЦЕРН не выпустит комбинированные данные анализа ATLAS и CMS. Не потому что это сложно: просто организация хотела бы видеть достоверность открытия порядка 5 σ (99,9995%) и для этого готова подождать. Повторения истории со «сверхсветовым» нейтрино никто не хочет, так что понять руководителей ЦЕРНа можно.

Но и без ЦЕРНа блогер Филипп Гиббс, проводивший довольно точное комбинирование до объявления официальных результатов, уже пообещал самостоятельно обработать данные обеих коллабораций и выложить результат на сайте viXra log.

Теперь ключевое: если открытие бозона Хиггса — дело практически предопределённое, то насколько его параметры будут совпадать со Стандартной моделью? Эффективное сечение бозона, по просочившимся данным, расходится с предсказаниями Стандартной модели на 14–25%. Впрочем, другие источники указывают на то, что частица может иметь массу в районе 125 ГэВ, что как раз точно совпадёт с предсказаниями теории. Если расхождения с СМ всё же есть, это означает, что из двух сценариев открытия хиггсовского бозона победил умеренный. Считалось, напомним, что долгожданная частица может:

1) уложиться в Стандартную модель, полностью совпав с её предсказаниями. Вариант невесёлый. К Стандартной модели накопилось множество вопросов, у неё хватает нестыковок с наблюдаемой нами действительностью, и все надеялись, что особенности экспериментально открытого бозона Хиггса дадут физикам ответы на вопрос о корнях теоретических проблем Стандартной модели;

2) не совпасть со Стандартной моделью по параметрами новооткрытого бозона Хиггса, но (внимание) не совпасть слегка. Тогда экспериментально установленные БАКом свойства бозона укажут теоретической физике направления дальнейшего развития теории.

Третий вариант, когда бозона нет вовсе, сегодня следует считать практически отпавшим. Поэтому не стоит ждать самого интересного, то есть возможного теоретического «обрушения» Стандартной модели. В общем, получается, что несовпадение со Стандартной моделью есть, но в пределах 15–25%, а это «терпимо»: Стандартная модель не рухнула, но интригует — потому что мы в чём-то её недопонимаем. Осталось только понять, в чём.

Подготовлено по материалам Рейтер и др. источников.