• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
328
Рубрика: Новости науки
Раздел: Физика
Бозон Хиггса – последний аккорд физики элементарных частиц?

Бозон Хиггса – последний аккорд физики элементарных частиц?

Наблюдаемые уже сейчас в отдельных реакциях распадов бозона Хиггса значительные отклонения от четких предсказаний Стандартной модели, возможно, позволят заглянуть за край современного понимания физики фундаментальных частиц

В июле 2012 г. в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) две независимые группы исследователей, ведущие эксперименты на детекторах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК), сообщили об обнаружении новой «частицы, похожей на бозон Хиггса». Эта частица играет ключевую роль в современной физике элементарных частиц, ее существование необходимо для непротиворечивого замыкания так называемой Стандартной модели – теории, которая в настоящее время дает наиболее глубокое и полное описание происходящих в микромире процессов.

Одно из событий, в котором предположительно наблюдается распад бозона Хиггса на четыре мюона (красные линии) с высокими энергиями. © 2012 CERN

Распад частицы, предположительно, бозона Хиггса с массой 124,5—124,6 ГэВ на четыре электрона. Событие было зарегистрировано детектором ATLAS 18 мая 2012 г. Треки мюонов и электронных пар изображены красным и синим. © CERN

Обнаружение новой частицы – кванта поля Хиггса, приводящее к появлению массы у всех частиц, вызвало широкий резонанс не только потому, что стало выходом на одно из фундаментальнейших свойств материи и Вселенной, но и благодаря невиданному размаху вложений (около 10 млрд долларов) и огромным усилиям. БАК и детекторы строили, что называется, всем миром *, а в исследованиях принимают участие более 6000 научных сотрудников, из них – более 300 из России. Кроме того, этот проект сопровождало невиданно широкое освещение в средствах массовой информации – подобного внимания удостоилось лишь открытие кварков 40 лет назад.

Зарегистрированный детектором CMS распад бозона Хиггса на два фотона с высокими энергиями (красные линии). Желтые линии – треки других частиц, возникших в результате столкновения. Голубой цилиндр изображает кристаллический калориметр детектора CMS. © 2012 CERN

Траектории частиц, родившихся в результате столкновения двух протонов с суммарной энергией 8 ТэВ, зарегистрированные детектором CMS. Характеристики этого события позволяют предполагать, что в нем наблюдается распад бозона Хиггса на два фотона (прерывистые желтые линии, переходящие в зеленые столбики). © 2012 CERN

Что обычно остается «за скобками» в освещении этого исторического события?

Питер Хиггс во время посещения детектора ATLAS. © 2012 CERN

Во-первых, то, что этот завершающий аккорд Стандартной модели может привести к тому, что не останется больше открытий в пределах досягаемости современных инструментов – в частности, БАКа. Остается только надеяться, что наблюдаемые уже сейчас в отдельных реакциях распадов обнаруженной частицы значительные отклонения от весьма четких предсказаний Стандартной модели окажутся правдой, и это позволит нам заглянуть за край современного понимания физики фундаментальных частиц и понять, что кроется за неожиданной сложностью самой модели. Эти исследования вполне могут занять еще лет 8—10 работы БАКа.

Схема детектора ATLAS – он состоит из нескольких систем обнаружения элементарных частиц и измерения их энергии в которых используются разные физические принципы. © 2012 CERN

Поперечное сечение раскрытого детектора CMS. Видны блоки чувствительных элементов детекторов и магниты

Во-вторых, то, как долго физики шли к этому открытию – начиная с пионерных теоретических работ почти 50-летней давности, через попытки экспериментального обнаружения новой частицы на ускорителях LEP в ЦЕРНе в 1990-х годах, и Теватрон в Фермилабе (США) в 2001—2011 гг., где исследователи ясно «увидели» эту же частицу, но со статистической значимостью «всего­ лишь» 99,7 %, т. н. «3 сигма», что было недостаточно для объявления об открытии, требующем статистической значимости в «5 сигма» или лучше.

Схема расположение детекторов ATLAS и CMS на кольце Большого адронного коллайдера. © CERN

Распад частицы, предположительно  бозона Хиггса, с массой122,6–123,9 ГэВ на два электрона и два мюона. Событие зарегистрировано детектором ATLAS 18 июня 2012 г. Треки мюонов изображены красным, треки электронов – зеленым. © CERN

И в-третьих, следует признать, что современная физика фундаментальных взаимодействий и частиц переживает естественный конец периода экстенсивного роста. Если 100 лет назад первые опыты Резерфорда по обнаружению атомного ядра стоили, условно говоря, 1000 долларов, то ускорители, на которых обнаружили кварки – уже десятки миллионов. Строительство и работа Теватрона обошлись в более чем 1 миллиард, а БАК, как упоминалось выше, уже в 10 миллиардов (при этом как минимум треть или даже половину этой суммы придется потратить в последующие 10 лет работы).

Два детектора антинейтрино в первом зале Дайя-Бей. Впоследствии камера, в которой расположены детекторы, будет заполнена сверхчистой водой. Courtesy of Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory

В список авторов открытия вошли заместитель директора ИЯФ Юрий Тихонов, научные сотрудники Сергей Пелеганчук, Алексей Масленников, Алексей Талышев и Кирилл Сковпень

Простое увеличение размера и стоимости физических установок такого типа невозможно из-за финансовых ограничений, что находится в явном противоречии с желаниями физиков иметь доступ к энергиям как минимум в 10—100 раз большим, чем у БАКа. Так что следующие два-три десятилетия вполне могут пройти в поисках либо новых экономичных методов ускорения, либо новых неортодоксальных способов проведения фундаментальных исследований. Ввиду этой неопределенности, вполне понятен заключительный комментарий соответсвующей статьи декабрьского выпуска журнала Science – «Будет ли физика частиц когда-либо в состоянии сделать еще одно открытие, сравнимое с бозоном Хиггса?»

* Тихонов Ю. А. В поисках начала всех начал

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments