Как боги размножаются

БАК заметил признаки нового бозона Хиггса

Расчеты в квантовой теории поля
Расчеты в квантовой теории поля
Фото: @cern

Коллаборации CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Большого адронного коллайдера (БАКа) обнаружили слабый сигнал распада на два гамма-фотона неизвестной частицы массой около 750 гигаэлектронвольт. Строго говоря, наблюдаемое никак не может считаться открытием, однако вселяет оптимизм в некоторых физиков-теоретиков, работающих над расширениями Стандартной модели (СМ).

На пресс-конференции коллабораций БАКа, состоявшейся 15 декабря 2015 года, сообщили о первых результатах экспериментов после перезапуска коллайдера. С 17:00 до 17:40 мск об открытиях CMS рассказывал Джим Олсен из Принстонского университета (США), а с 17:40 до 18:20 результаты ATLAS представлял Маруми Кадо из Линейной ускорительной лаборатории при Университете Париж-юг XI (Франция). Большая часть представленных данных касалась уточнений параметров расширений СМ. Но были и более интересные результаты.

Пик необычного сигнала, который, вероятно, не может быть списан на фоновые взаимодействия, обе коллаборации, CMS и ATLAS, обнаружили примерно на 750 гигаэлектронвольтах (данные несколько разнятся). В эксперименте CMS локальная статистическая значимость составила 2,6 стандартного отклонения, а глобальная статистическая значимость — 1,2 стандартного отклонения. У ATLAS эти параметры — 3,6 и 1,9 соответственно.

Всего коллаборация CMS зарегистрировала 10 таких необычных событий, ATLAS — 40. CMS удалось объединить новые данные с предыдущими (полученными до остановки БАКа 14 февраля 2013 года после его первого этапа работы). Это привело к повышению локальной статистической значимости до 3-х стандартных отклонений и глобальной статистической значимости до 1,7 стандартного отклонения. Коллаборация ATLAS новые данные со старыми по необычному пику не объединила.

Эти результаты не позволяют считать наблюдения коллабораций БАКа открытием. В физике элементарных частиц открытие фиксируется, если его статистическая значимость равна минимум пяти стандартным отклонениям (в этом случае вероятность ошибки равна примерно 0,00005 процента). Различие в данных коллабораций CMS и ATLAS можно объяснить тем, что у магнита первого эксперимента в начале запуска возникли проблемы с охлаждением, и в распоряжении ученых CMS было меньше времени.

Полученные данные в случае их подтверждения могли бы означать наличие в природе скалярной частицы массой около 750 гигаэлектронвольт и выход физики за пределы СМ. Наиболее подходящий кандидат на роль новой частицы — еще один нейтральный бозон Хиггса (помимо ранее открытой первой частицы массой около 125 гигаэлектронвольт). Он может быть рожден при участии более тяжелых (и еще не открытых) частиц, которые в свою очередь могут быть суперсимметричными и иметь массу около или более двух тераэлектронвольтов.

В суперсимметрии число частиц удваивается за счет того, что каждой известной частице соответствует ее частица-партнер. Например, для фотона — фотино, кварка — скварк, хиггса — хиггсино и так далее. Спин суперпартнера на полуцелое число отличается от спина частицы — это означает, что у суперпартнеров другая квантовая статистика (частица-бозон имеет суперпартнером фермион и наоборот).

Ситуацию, сложившуюся сейчас, многие физики сравнивают с 2011 годом. Тогда были получены первые намеки на существование кандидата в бозон Хиггса массой в интервале 115-130 гигаэлектронвольт, которые за недостатком статистики воспринимались с настороженностью (позднее похожие результаты представили ученые американского Тэватрона).

О необычном пике в 700 (затем — 750) гигаэлектронвольт уже сообщалось. Например, 6 декабря польский физик-теоретик Адам Фальковский из Университета Париж-юг XI (оттуда же был докладчик из коллаборации ATLAS) предупреждал, что 15 декабря физики из CMS и ATLAS расскажут о необычном распаде частицы массой 700 гигаэлектронвольт в два фотона. 11 декабря израильский астрофизик Марио Ливио подтвердил информацию Фальковского, уточнив, что статистическая значимость равна трем стандартным отклонениям. За день до пресс-конференции в ЦЕРНе, 14 декабря, Фальковский поднял массу частицы до 750 гигаэлектронвольт. О ней и рассказали коллаборации CMS и ATLAS.

Кроме того, новые данные ATLAS подтвердили наблюдаемые еще в 2012 году на первом этапе экспериментов на коллайдере отклонения в пользу реакций с участием суперсимметричных частиц (тогда было зарегистрировано 29 таких событий). Однако если ранее статистическая значимость составляла три стандартных отклонения, то сейчас речь идет о 2,2 стандартных отклонениях. Коллаборация CMS это отклонение не заметила как на первом, так и на втором этапах эксперимента. Позднее это явление получило (впрочем, не единственно возможное) теоретическое обоснование в рамках Минимальной суперсимметричной СМ (МССМ), в которой, в отличие от СМ, не один, а пять бозонов Хиггса.

Говорить об обнаружении нового бозона Хиггса и тем более об открытии суперсимметрии пока рано. Тем не менее наивное объединение результатов двух коллабораций по пику в 750 гигаэлектронвольт приводит к локальной статистической значимости, большей 4-х стандартных отклонений, что уже не так мало. Обнаружение бозона Хиггса и подтверждение СМ было главной целью первого этапа экспериментов на БАКе. Задача второго этапа — поиски физики за пределами СМ (в частности, дополнительных бозонов Хиггса, суперсимметричных частиц и следов скрытых измерений). Остается надеяться, что в 2016 году ученые на БАКе уже уверенно смогут заявить о физике за пределами СМ.

Обсудить
A protester reacts in front Moroccan police forces during a demonstration in the northern town of El Hoceima, Morocco, Thursday, July 20, 2017. Clashes between police and Moroccan protesters Thursday left at least 83 injured in clouds of tear gas and running battles at an unauthorized demonstration over inequality and corruption.Налетели на Риф
Пережив «арабскую весну», марокканская монархия вновь оказалась под ударом
Former Utah Gov. Jon Huntsman walks on a platform Tuesday, June 21, 2011, at Liberty State Park in Jersey City, N.J., after announcing his bid for the Republican presidential nomination, (AP Photo/Mel Evans)Многодетный мормон в Спасо-хаусе
Почему Трамп хочет назначить послом в России китаиста без знания русского языка
Президент Польши Анджей Дуда с супругойСудный день
Из-за планов судебной реформы поляки перессорились между собой и с Брюсселем
Клан Хаккано
Что общего у афганской террористической группировки и героев фильма про мафию
Древность и молодость современного Ирана
Республика через 38 лет после Исламской революции
«Я ничего не делаю, и мне это нравится»
Откровения москвички, которая сдает жилье и принципиально не работает
Зарыться в песок
Купить квартиру на море теперь можно за миллион рублей и дешевле
Входят и выходят
Самые известные, необычные и дорогие бордели мира
У вас упало
Что на самом деле происходит с ценами на квартиры в Москве