Бозон Хиггса почти попал в руки физиков

Ученые Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) провели 13 декабря конференцию, где представили результаты анализа последних данных, собранных детекторами Atlas и CMS, в рамках проекта, целью которого является поиск божественной частицы - бозона Хиггса.

Мероприятие транслировали в прямом эфире, а участники конференции позже выставили в Twitter многочисленные текстовые трансляции выступления мировых ученых.

До проведения конференции активно распространялись слухи о том, что в ходе доклада все же будет объявлено об открытии знаменитого теперь уже бозона. Однако слухи не подтвердились, и ученые по-прежнему могут лишь твердо предполагать о существовании загадочной элементарной частицы. Возможно, поэтому итог мероприятия произвел некоторое разочарование.

Понять, чем же все-таки является бозон Хиггса, можно обратившись к понятиям квантовой физики. В этой области физики переносчиками взаимодействия между полями являются кванты, которыми частицы одного поля как бы перекидываются с частицами другого поля. Кванты эти могут вообще не иметь массы, а могут быть тяжелее самих частиц.

В 1960-е годы ученые объединили слабое и электромагнитное взаимодействие в единую теорию. Недостатком этой теории являлось то, что она не объясняла отсутствие массы у кванта электромагнитного поля или фотона, и присутствие ее у квантов слабого поля Z- и W-бозонов. Чтобы исправить теорию предпринималось множество попыток, которые, впрочем, оканчивались неудачами и ломали всю теорию. Последней и самой удачной поправкой и стало открытие механизма Хиггса.

Британский физик Питер Хиггс в 1965 году предложил механизм, в главной роли в котором играло одноименное поле. Согласно этому механизму масса частицы зависит от взаимодействия с этим полем, то есть чем сильнее одноименное поле подействует на частицу, тем больше будет масса этой частицы. В физике этот процесс назвали спонтанным нарушением симметрии электрослабого взаимодействия. По сути, эта теория сломала устоявшееся представление о симметрии физической реальности, но «наделила» Z- и W-бозоны массой. Именно из этой теории следует, что бозон Хиггса является квантом того самого одноименного поля.

Таким образом, модель электрослабого взаимодействия сложилась окончательно. В 1979 году ученые Абдус Салам, Шелдон Глешоу и Стивен Вайнберг получили за исследования этой модели Нобелевскую премию по физике. Питера Хиггса в числе лаурятов не оказалось, но его именем назвали саму частицу.

Согласно некоторым суперсимметричным теориям, дополняющим Стандартную модель, предложенную Хиггсом, бозонов может быть сразу несколько.

Окончательно Стандартная модель сформировалась лишь к началу 70-х, когда к теории электрослабого взаимодействия добавили сильной. Вот уже более сорока лет физики проверят предсказания модели, которые сбывают в 99% случаях. Не удалось пока только обнаружить неуловимый бозон Хиггса. Теоретически просчитать его массу невозможно, поэтому для его обнаружения ученые прибегли к методу эксперимента. Главной надеждой экспериментаторов стал Большой андронный коллайдер.

В андронном коллайдере ученые сталкивали пучки протонов, которые в результате столкновения образовывали другие частицы. Те в свою очередь разлетаются, распадаясь на новые частицы. Задача детекторов коллайдера – уловить образовавшиеся частицы и путем нетривиального компьютерного анализа определить их тип, импульс, энергию. Так, чтобы определить, сколько энергии ушло на образование нейтрино, детекторам необходимо вычислить разность энергии пойманных частиц в момент столкновения протонных пучков.

Результаты всех столкновений вычисляются, конечно, с определенной долей вероятности, поэтому, чтобы иметь право заявлять об открытии чего-либо, необходимо в результате множества экспериментов зарегистрировать одно и то же событие. Сложность состоит и в том, что до сих пор точно неизвестна масса бозона Хиггса, а поэтому приходится анализировать много вариантов распада и образования этой неуловимой частицы.

Результаты, представленные на конференции стали результатом трудов 2 000 ученых, которые проанализировали 5 000 триллионов столкновений протоновых пучков. Следствием такой глобальной работы стали два основных результата.

С вероятностью 95% масса бозона Хиггса располагается в диапазоне от 115,5 до 131 гигаэлектронвольт. Второй результат ученые оглашали с большой осторожностью – с небольшой статистической значимостью в 2,3 сигма детекторам удалось зафиксировать бозон Хиггса в районе массы 126 электронвольт.

Чтобы точно подтвердить открытие, понадобятся еще данные, которые ученые планируют добыть в ходе повторного включения коллайдера после «зимних каникул», так как в этот период стоимость электроэнергии для его работы очень высокая.

Новость подготовила Оксана Скрипко

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов