Результати семінару в Європейському центрі ядерних досліджень (CERN)

Результати семінару, що пройшов 13 грудня нинішнього року в Європейському центрі ядерних досліджень (CERN), можна назвати парадоксальними. З одного боку, все як завжди - вчені не змогли як виявити бозон Хіггса, так і довести те, що його не існує. З іншого боку, були отримані дані, які говорять про те, де саме треба його шукати.

Не знаю, як вам, а мені вся ця історія з пошуками бозона Хіггса вже давно нагадує казку, де герой йде "туди - не знаю куди" для того, щоб будь-що знайти "то - не знаю що". Погодьтеся, схожість просто разюча: і де (тобто, в якому інтервалі мас) шукати цей бозон, ніхто не знає, і які його реальні властивості, теж не відомо. Хоча щодо останнього передбачається, що ця частка повинна наділяти масою всі інші - і тут теж виникає паралель з тим самим "не знаю ким", який, як ми пам'ятаємо, вмів створювати речі з нічого.

Читайте також: Пастка на бозон Хіггса розставлена

Тому не дивно, що останнього семінару в Європейському центрі ядерних досліджень (CERN) все чекали з таким же нетерпінням, з яким діти очікують розв'язки вищезгаданої казки. Однак дива не сталося - вченим не вдалося підтвердити виявлення бозона Хіггса. Як і спростувати сам факт його існування. Тобто поки він як і раніше залишається "не знаю чим".

Втім, звичайно ж, щось про це таємничу частку все-таки відомо. Нагадаю, що вперше можливість її існування припустив ще в 1965 році британський фізик Пітер Хіггс, коли намагався відповісти на питання, що мучило багатьох вчених питання - чому у фотона (кванта електромагнітного поля) маси немає, а у схожих на нього W- і Z-бозонів (квант слабкої взаємодії) вона все-таки є? Хіггс припустив, що існує якесь поле, при взаємодії з яким елементарна частинка може набувати масу, причому чим сильніше діє це поле на частку, тим її маса, отже, більше. Так ось, бозон Хіггса і є квант (тобто найменша одиниця) цього поля.

Втім, дане твердження ще не говорить про те, що даний бозон обов'язково існує насправді. Якщо слідувати аналогій з казкою, воно рівнозначно наказом царя у що б то не стало знайти "то - не знаю що". А для того щоб зрозуміти реальну природу бозона Хіггса і, тим самим, довести його існування, потрібно виміряти хоч якісь його параметри, наприклад, масу (так само, як герою казки для того, щоб зрозуміти, чи то "не знаю що" він знайшов, досить було лише попросити його виконати своє бажання).

Однак все-таки якийсь прогрес в пошуках загадковий частки був досягнутий в цьому році - тепер, принаймні, фізики-експериментатори, знають "куди йти". Так, керівник експерименту ATLAS Фабіола Джанотті в своєму виступі зазначила, що, згідно з останніми даними, бозон Хіггса відсутній в діапазоні мас 131-453 ГеВ. Правда, це не було якимось одкровенням, оскільки ще на літній конференції в Греноблі було відзначено, що його марно шукати в інтервалі мас вище 141 ГеВ. А який виступив після керівник експерименту CMS Гвідо Тонеллі розповів про те, що, за даними його групи, бозон Хіггса не може існувати в діапазоні від 127 до 600 ГеВ.

Отже, начебто знову все як завжди - вчені при всьому чесному народі бадьоро відзвітували про те, де їм не вдалося знайти бозон Хіггса (що дуже схоже на сцену в казці, де дружина головного героя запитує звірів, птахів і інших помічників про те, чи не чи бачили вони "то - не знаю що" і де саме не бачили). Подібне вже неодноразово траплялося, і начебто до цього все вже встигли звикнути. Однак на нинішньому семінарі вперше спливло щось, вельми нагадує той самий чарівний клубок, який врешті-решт і привів героя туди, куди треба.

Так ось, і Джанотті, і Тонеллі повідомили про те, що їх командам вдалося зафіксувати сигнали, які можуть бути слідами бозона Хіггса при енергії зіткнень в 126 ГеВ. Тобто ця подія вловили одночасно обидва детектора - і CMS, і ATLAS (співробітникам останнього, правда, вдалося також відстежити слабкий сигнал при 133 ГеВ, але CMS це не підтвердив).

Що ж це за сигнал, який може свідчити про присутність таємничого бозона. Як ми пам'ятаємо, оскільки сам бозон існує крайненедолго, то його можна виявити лише по продуктах розпаду. Таким, наприклад, як "незаплановані" пари фотонів, або тау-лепту (останні куди легше за все ловляться, оскільки мають велику масу, 1,77 ГеВ, в результаті чого ймовірність розпаду бозона Хіггса саме за таким сценарієм найвища), а також пари W - і Z-бозонів. Правда, з ними теж є проблеми - і вони досить недовговічні, тому безпосередньо їх зареєструвати не можна. Так що вони також реєструються через ймовірні продукти розпаду - пари електронів, мюонів, а також поєднання електрона або мюона з нейтрино.

Так ось, той самий сигнал, виявлений в районі 126 ГеВ, - це варіант, коли бозон Хіггса розпадається на пару фотонів. Цікаво, що ще також було повідомлення про те, що начебто аналогічне явище спостерігалося і при значенні енергії зіткнень в 115 ГеВ, однак самі учасники експериментів зізналися, що ймовірність подібної події в даному діапазоні досить низька. Можливо, цей сигнал "зникне" при появі додаткової статистики.

Втім, і з сигналом, зареєстрованим при значенні 126 ГеВ, теж не все так просто. На жаль, його статистична значимість невелика - за даними ATLAS, вона становить 3,5 сигма, а за даними CMS - 2,6 або 1,9 сигма. Нагадаю, що грецькою буквою сигма в теорії ймовірності та статистики позначається такий параметр, як середньоквадратичне відхилення, що показує розсіювання значень випадкової величини щодо її математичного очікування (тобто, простіше кажучи, показує, наскільки припущення відповідає реальності). Так ось, виходячи з досвіду дослідження елементарних частинок, значення сигма, рівного трьом, вже досить, щоб говорити про ознаки існування частинки, але для того, щоб говорити про однозначне її відкритті, необхідний рівень достовірності не менше п'яти сигма.

Виходить, що навіть співробітникам ATLAS (про їх колег з CMS і говорити нічого) не вдалося довести, що спостережуваний ними сигнал говорить саме про розпад бозона Хіггса. Це означає лише те, що число подій розпаду не сильно перевищує природний фон для таких подій, який був би таким же, навіть якщо б ніякого бозона Хіггса взагалі не було. Проте, виходить, що зараз вчені підійшли до того, що, за їхніми даними, ймовірність спостереження і "не спостереження" бозона Хіггса в даному інтервалі виявилася рівною. А це, погодьтеся, вже щось - адже перш остання ймовірність була завжди набагато більше.

Фізик з Університету Каліфорнії (Сан-Дієго, США) Вівек Шарма вельми захоплено відреагував на подібне повідомлення. "Я вважаю, ми дуже наблизилися до нього. Ми зловили перші ваблять натяки, але поки що це, можна сказати, легкий подих вітерця або запах, а ще не сама подія", - зауважив науковець. Інші учасники семінару були налаштовані більш критично.

"Дати однозначну відповідь на питання про те, чи був зареєстрований бозон Хіггса або немає, поки неможливо. Нам знадобляться додаткові дані, які ВАК почне збирати в наступному, 2012 році", - саме такий висновок зробив Гвідо Тонеллі в кінці свого виступу. А директор CERN Рольф Хойфер під самий кінець семінару підбив його підсумки такими словами: "Це були попередні результати. Більше в цьому році у нас не буде ніяких даних. Отже, ми нічого не знайшли і нічого не спростували. Вітаю всіх з Новим роком!"

Читайте також: Вченим вдалося помацати частку бога

Дійсно, нових даних вже не буде, адже річна програма протон-протонних зіткнень на колайдері була завершена ще в кінці жовтня цього року, після чого установку переорієнтували на експерименти з іонами свинцю. Однак і цей експеримент закінчився 7 грудня. Так що таке включення БАК очікується тільки в лютому 2012 року, а на звичайний експлуатаційний режим він повинен вийти з 2 квітня. Ну що ж, мабуть, доведеться запастися терпінням.

Отже, можна сказати, рік пройшов не дарма - фізикам вдалося впритул підібратися до інтервалу мас, в якому існування бозона Хіггса цілком можливо. Не виключено, що, продовживши експерименти саме в цьому діапазоні, вони зможуть довести існування цієї таємничої частинки. Тобто нарешті знайти це загадкове "то - не знаю що" ...

Читайте найцікавіше в рубриці " Наука і техніка "