Бозон Хиггса к 2012 году

В понедельник вечером руководство Европейской организации ядерных исследований (CERN) официально объявило, что Большой адронный коллайдер (БАК) будет работать подряд в 2011 и 2012 годах. Ранее планировалось, что в 2012 году коллайдер будет остановлен на год для подъема рабочей энергии с 3,5 тераэлектронвольт (ТэВ) до 7 ТэВ на пучок.

«БАК работал очень хорошо в 2010 году, и, так как ожидается дальнейшее улучшение его показателей, то есть реальный шанс, что волнующая нас «новая физика» (явления за пределами Стандартной модели, господствующей современной теории физики частиц – примечание «Газеты.Ru») может появиться в поле нашего зрения уже в конце этого года.

Например, если природа будет добра к нам и окажется, что легчайшие суперсимметричные частицы – или даже бозон Хиггса – достижимы для нынешних энергий коллайдера, то данные, которые, как мы ожидаем, нам удастся накопить к концу 2012 года, буквально положат их нам в руки», – говорит научный директор CERN Серджио Бертолуччи.

«Открытие бозона Хиггса или исключение его существования в определенных интервалах энергии зависит во многом от светимости (то есть интенсивности пучков протонов), которой БАК сможет достичь в 2011–2012 годах. Если нам удастся достичь светимости в 5 обратных фемтобарн (мера интегральной светимости коллайдеров, светимость в 10 фбн−1 означает, что за время работы через каждый квадратный фемтобарн (10−39 cм²) зоны соударения прошло в среднем 10 частиц – прим. «Газеты.Ru»), то мы можем обнаружить бозон Хиггса классической Стандартной модели в интервале масс 140–250 ГэВ либо исключить его существование в интервале 115–600 ГэВ. Если речь идет о суперсимметричных расширениях стандартной модели, у нас есть шансы найти «легкого Хиггса» в интервале 100–300 ГэВ», – говорит Александр Никитенко, сотрудник коллаборации CMS из Имперского колледжа Лондона.

«Все работает так хорошо! Почему мы должны ждать?» – говорит руководитель научного коллектива CMS Гвидо Тонелли.

Обновленная программа работы ускорителя была представлена в конце января на научной конференции, которая традиционно проходит в столице первых зимних Олимпийских игр – французском городе Шамони. В первые дни конференции обсуждались технические аспекты работы коллайдера в 2010 году, затем ученые перешли к обсуждению планов на будущее.

Там было принято решение продолжить работу коллайдера в 2012 году, которое было утверждено руководством CERN в понедельник вечером.

«Если БАК продолжит улучшаться в 2011 году, как это было в 2010, то у нас будет очень интересный год. Так, есть основания полагать, что в течение этого года мы сможем увеличить скорость сбора данных как минимум в три раза», – говорит директор CERN по ускорителям Стив Майерс.

Программа, представленная в Шамони, предусматривает, что после завершения сеанса работы в 2011 году и ряда проверок систем безопасности в 2012 году коллайдер будет выведен на энергию 4 тераэлектронвольта на пучок. «Долгая остановка», таким образом, будет сдвинута на 2013 год, а выход на проектную энергию 7 тераэлектронвольт на пучок произойдет только в 2014 году.

«Тогда мы сможем подойти к длительному отключению в 2013 году с большой набранной статистикой, и год не пройдет зря.

У нас будет большой запас накопленных данных, которые мы будем анализировать», – приводит РИА «Новости» слова заведующего отделом НИИ ядерной физики МГУ Эдуарда Бооса, участвующего в экспериментах на детекторе CMS на БАК.

Несмотря на успешный запуск коллайдера в 2010 году, все помнят, как в 2008 году произошла масштабная авария, из-за которой начало работы на БАК было отложено на полтора года. Причиной аварии стали некачественные контакты и рост сопротивления в коллайдере, что привело к выходу магнитов из сверхпроводящего состояния и разрывам труб системы охлаждения. Перед началом сеанса 2012 года ученые планируют сделать небольшую остановку в работе коллайдера, чтобы провести масштабные проверки медных стабилизаторов, которые соединяют сверхпроводящие кабели, питающие магниты ускорителя. Продолжение работы коллайдера в 2012 году логично и с точки зрения обеспечения стабильного функционирования прибора.

«Мы провели дополнительную оценку рисков для прибора на случай аварии, подобной произошедшему в 2008 году инциденту. Вероятность такой аварии чрезвычайно низка даже для энергии на уровне 4 ТэВ, не более нескольких миллионных долей, однако это значение в 4–5 раз выше, чем вероятность проблем на энергии 3,5 ТэВ. Однако, если эта ничтожная вероятность будет реализована, последствия будут весьма тяжелыми для оборудования: хотя серьезного механического повреждения магнитов не произойдет, вакуумные трубы, по которым идут пучки протонов, будут загрязнены продуктами сгорания и фрагментами изоляции. Устранение последствий аварии займет 8–10 месяцев. Мы сочли фактор риска (то есть соотношение вероятности аварии и степени серьезности ее последствий) слишком высоким и решили отложить переход на более высокую энергию», – объяснил руководитель эксперимента CMS Гвидо Тонелли, руководитель эксперимента CMS.

Сотрудники CERN не скрывают, что на решение продлить работу БАК в 2012 году повлияла не только хорошая работа коллайдера, а и тот факт, что его главный «конкурент» – американский коллайдер «Теватрон» – из-за отсутствия финансирования будет остановлен в октябре 2011 года.

«Время «Теватрона» заканчивается, – заявил журналу New Scientist Майк Ламон, один из координаторов работы БАК. – При работе в 2012 году наш коллайдер должен быть в состоянии увидеть признаки существования бозона Хиггса, если он есть».

«Теватрон» – это ускоритель с гораздо меньшей энергией, чем БАК. И хиггсовские бозоны, если они там и рождаются, то рождаются в таких небольших количествах, что обнаружить их пока не удалось. Но у «Теватрона» есть одно большое преимущество перед БАК: он работает уже в течение длительного времени, и там накоплено огромное количество данных. Поэтому в настоящий момент «Теватрон» все еще может конкурировать с БАК. Если бы БАК закрылся в 2012 году на модернизацию, а «Теватрон» работал бы в это время без остановки, то у них появился бы реальный шанс набрать большую статистику и обогнать БАК. Но если БАК будет работать одновременно с «Теватроном», то у «Теватрона» шансов нет.

БАК сооружали больше 10 лет, а впервые его проект был предложен еще в 1984 году. Все заждались больших открытий! Ученым хочется, наконец, посмотреть, на что способна эта машина. И такой шанс представится в самое ближайшее время», – считает Андрей Крохотин, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики РАН (Москва) и сотрудник коллаборации CMS.

Напомним, что Большой адронный коллайдер является самым крупным и мощным в мире кольцевым ускорителем элементарных частиц. Он находится под землей в 27-километровом круговом тоннеле на территории Швейцарии и Франции. Его строительство началось в конце 1990-х годов и обошлось в сумму более 6 млрд евро.