С бозоном поторопились

Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, с помощью детектора CMS зафиксировали рождение двух Z-бозонов — один из типов событий, которые могут быть свидетельством существования «тяжелого» варианта бозона Хиггса. Об этом говорится в отчете, опубликованном сотрудниками коллаборации CMS.

На самом деле сами Z-бозоны, тяжелые нейтральные частицы, являющиеся переносчиками слабого взаимодействия, детектор «не видит». Они быстро распадаются, но их появление качественно регистрируется по продуктам их распада. В частности, распаду пары Z-бозонов соответствует рождение четырех мюонов. Именно такое
«четырехмюонное» событие было зарегистрировано на CMS. Полную инвариантную массу четырех частиц — двух положительных и двух отрицательных мюонов — физики оценили в 201 ГэВ. Одна из двух возможных группировок мюонов в паре дает массы в 92,24 и 92,15 ГэВ, прекрасно соответствующие известному значению массы Z-бозона.

Такая двухступенчатая модель позволяет предположить, что изначально в детекторе существовал вожделенный бозон Хиггса — «божественная частица», единственный экспериментально не обнаруженный элемент так называемой Стандартной модели, который, согласно ей, ответствен за рождение массы всех элементарных частиц во Вселенной. Стандартная модель не предсказывает массы бозона Хиггса, поэтому ученые рассматривают несколько вариантов «тяжелого» и «легкого» бозонов. Предыдущие эксперименты позволили сузить «окно» для поиска бозона. Предшественник БАК, электронно-позитронный коллайдер LEP практически исключил существование бозона Хиггса массой менее 114 ГэВ, а физики коллайдера Тэватрон недавно сообщили, что из поиска также исключен интервал 158-175 ГэВ. В зависимости от массы будут различаться и продукты его распада - частицы, по которым возникновение бозона будут регистрировать детекторы БАК.

Однако пока нельзя сказать о том, что на БАК обнаружен бозон Хиггса.

Физики призывают не гнаться за сенсациями и относиться к новости о наблюдении нового события более спокойно.

«Эта новость сильно преувеличена. Одного такого события совершенно недостаточно, чтобы судить о наличии или отсутствии хиггсовского бозона. Такое событие может появиться из фоновых процессов», — считает старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики, сотрудник коллаборации CMS, автор лекции о БАК в «Газете.Ru» Андрей Крохотин.

Чтобы правильно оценить эту новость, нужно немного разобраться в процессе обработки данных экспериментов БАК.

«Канал распада «хиггса» на 4 мюона является наиболее простым с точки зрения регистрации и поэтому наиболее перспективным для его открытия. Это связано с тем, что мюоны проще всего идентифицировать в детекторе. Вообще при каждом столкновении протонов рождается несколько сотен различных частиц, а когда энергию LHC увеличат до 14 TeV, таких частиц будет рождаться по несколько тысяч. Различить частицы очень сложно. А мюоны уникальны тем, что их можно почти всегда выделить, точно измерить их энергию и импульс. Но, даже очень хорошо измерив все параметры одного события с 4 мюонами, мы не сможем сказать, откуда появились эти мюоны — от «хиггса» или от какого-нибудь «процесса-паразита» (фонового процесса, сильно напоминающего распад «хиггса»). Это можно будет сделать, только накопив достаточное количество таких событий. А сделать это надо будет следующим образом. Для каждых 4 мюонов будет посчитана энергия в системе их центра масс. В фоновых процессах эта энергия будет каждый раз принимать разные значения. А вот в процессах, где рождается «хиггс», эта энергия будет всегда одной и той же и равной массе «хиггса». В результате мы сможем сказать: мы зарегистрировали 200 событий с 4 мюонами, у 100 из них энергия в системе центра масс принимает одно и то же значение, и это не может быть простым совпадением. В таком случае мы сможем сказать, что обнаружили «хиггс».

Наблюдение события с 4 мюонами открывает «сезон охоты» на «хиггса».

И в этом смысле очень знаменательно», — поясняет Крохотин.

Руководитель коллаборации CMS RDMS, которая объединяет российских ученых, работающих на детекторе, профессор Игорь Голутвин из Объединенного института ядерных исследований в Дубне также относится к новости со сдержанным оптимизмом.

«Я бы подождал по крайней мере пару дней, прежде чем делать выводы. Мы уже видели одно такое событие, а сейчас мы увидели два похожих события. Сейчас рано говорить, что это именно бозон Хиггса, такой информации нет. Эта информация может подтвердиться, а может быть опровергнута.

Я бы призывал не делать поспешных высказываний. У нас есть определенные критерии, которым должна соответствовать экспериментальная информация. Сейчас нужно внимательно проверить то, что мы наблюдали, и сравнить с критериями, которые говорят о наличии сигнала.

Пока мы не набрали достаточной статистики, чтобы говорить о наблюдении эффекта, наша статистика на сегодня даже меньше статистика коллайдера Тэватрон в Фермилабе в США»,

— отмечает Голутвин.

Уточнить информацию позволят эксперименты во время следующего пуска БАК на пучках протонов.

«Я лично считаю, что мы обязательно обнаружим бозон Хиггса на Большом адронном коллайдере. Но говорить о его обнаружении сейчас было бы нечестно.

К концу следующего года, перейдя на новый режим работы, мы в 15 раз увеличим статистику, количество собранной информации. Рабочий период будет, возможно, продлен — именно благодаря тому, что уже есть хорошие указания на успех. Следующий год будет решающим в работе ускорителя», — добавил он.

Сейчас столкновение пучков протонов в БАК не происходит, так как до конца года ускоритель будет работать на ионах свинца. Для изучения столкновений таких тяжелых частиц специально сконструирован один из четырех больших детекторов БАК — ALICE. Перед Новым годом ускоритель остановят, а следующий рабочий период на пучках протонов начнется в феврале 2011 года.