Как это часто бывает со слухами вообще, разговоры об обнаружении бозона Хиггса оказались полуправдой.

На семинаре в CERN
БАК изнутри
Одна из картинок, полученных детектором ATLAS

На днях две международные группы исследователей, работающих на Большом Адронном Коллайдере, представили последние результаты поисков пресловутого бозона Хиггса, предсказанной некоторыми теориями, но «неуловимой» ни одним из экспериментаторов частицы, которая наделяет другие частицы массой. Слухи, в общем, подтвердились: обе команды сообщили о весьма многообещающих результатах, указывающих на то, что бозон Хиггса действительно существует, и что масса его укладывается в пределы, предсказанные теорией. К сожалению, результаты эти еще не окончательно достоверны.

Некоторую уверенность придает то, что обе группы получили сигнал примерно на одном и том же уровне энергии, подтверждая результаты друг друга — притом что работали они с разными путями распада, обнаруживая разные частицы, могущие образоваться в результате распада бозона Хиггса. Увы, у одной группы наблюдаемый подходящий пик оказался не единственным, что позволяет некоторым специалистам справедливо отмечать: все совпадения могут оказаться не более чем случайностью.

«В самой глубине души я горячо желаю, чтобы Хиггс был найден, — говорит один из них, сотрудник Fermilab Роберт Роузер (Robert Roser), — но я не рекомендовал бы вам поставить что-нибудь ценное в споре, найден ли он в действительности». «Я бы немного подождал», — вторит ему британский физик Джон Эллис (John Ellis).

Имеющиеся данные получены с помощью двух огромных детекторов, работающих на БАКе — ATLAS и CMS. Ускоритель разгоняет протоны до огромных скоростей и сталкивает их лоб в лоб, что приводит к появлению куда более тяжелых частиц. Многие из них нестабильны и распадаются за триллионные доли секунды, порождая целые семейства и поколения более устойчивых частиц. Их-то и улавливают детекторы, а затем ученые по характеристикам и составу этих частиц-«потомков» восстанавливают параметры исходных крупных частиц. Процесс этот невероятно сложен, о чем говорит хотя бы тот факт, что с каждым детектором работает команда, включающая сотни специалистов. А чтобы набрать достаточно данных, приходится проводить столкновения тысячами, и затем анализировать все.

После двух лет работы ATLAS и CMS, казалось, накопили достаточно данных для окончательного подтверждения (или опровержения) существования бозона Хиггса. И на первый взгляд, результаты дают вполне определенную надежду, хотя слишком слабую, чтобы окончательно называться открытием.

Нечто похожее было и прошлым летом, когда обе команды сообщили о возможных следах Хиггса, хотя тогда предполагаемый бозон предположительно распадался на набор частиц, некоторые из которых детекторы просто не способны были обнаружить. Это приводило к главной проблеме — невозможности установить хотя бы примерную массу предположительно наблюдавшегося бозона. Теперь же шанс этот связан с теми путями распада, на которых образуются только детектируемые частицы, что позволяет сделать некоторые выводы относительно возможной массы частицы.

«Поймав» два финальных протона, на которые распался предполагаемый бозон Хиггса, экспериментаторы на ATLAS оценили вероятную его массу. Пик ее одиночен и находится в районе 126 ГэВ; статистическая обработка показала, что вероятность чисто случайного появления подобного пика в диапазоне 110−150 ГэВ составляет не более 1/15. Кроме того, авторы проверили и возможность того, что бозон распадается с образованием пары Z-бозонов, которые, в свою очередь, распадаются либо на электрон и позитрон, либо на мюон и антимюон. Результат привел их к 125 ГэВ — с учетом предыдущих данных, вероятность того, что эти события являются статистическим шумом, не превышает 1/100.

На CMS, казалось бы, обнаружили нечто весьма похожее. На этом детекторе следили за теми же возможными продуктами распада частицы, а заодно и за тремя другими возможными путями распада — и нашли пики в прямо-таки подозрительном количестве: во всех пяти случаях. В целом они приводят к массе 124 ГэВ, что практически совпадает с результатами ATLAS (при вероятности того, что это не сигнал, а шум, не более 1/35).

Но с этого момента начинаются трудности. Внимательный взгляд на данные, собранные на CMS, заставил многих специалистов быть не столь оптимистичными. К примеру, для распада до двух протонов обнаруживается небольшой пик на 124 ГэВ, отлично согласующихся с полученным на ATLAS, — но и еще один пик на 133 ГэВ. Авторы отбросили его, сочтя шумом, просто потому, что для других распадов на 133 ГэВ никаких пиков нет. Аналогично обстоит дело и с другими путями — к примеру, в случае распада до электрона и позитрона или мюона и антимюона, имеется тот же пик на 124 ГэВ, но и второй, на 119,5 ГэВ. И здесь он просто отбрасывается, как флуктуация.

Разумеется, никто не ожидал, что результат будет совершенно идеальным, в виде одиночного тонкого пика на фоне ровного уровня в остальной части графика. Но настолько серьезные отклонения от идеала позволяют уверенно сказать, что никакой уверенности в обнаружении бозона Хиггса по‑прежнему нет.

По публикации ScienceNOW