Коллайдер может "увидеть" следы бозона Хиггса уже в следующем году - ЦЕРН

6 декабря 2010 года

Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, полагают, что смогут обнаружить признаки существования бозона Хиггса уже в следующем году, однако их конкуренты из группы коллайдера Теватрон в США думают, что также имеют все шансы выиграть "гонку".

"Если мы соберем достаточно данных, мы можем увидеть признаки того, что бозон Хиггса существует, до конца года", - сказал в интервью директор Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) Рольф Хойер (Rolf Heuer) в преддверии 6 декабря. В понедельник самый большой в мире ускоритель должен быть остановлен на зимние каникулы, которые продлятся до середины февраля.

Большой адронный коллайдер, созданный в ЦЕРНе физиками из 70 стран мира, самый большой в истории ускоритель элементарных частиц, и самый дорогой в истории физический прибор (стоимость его постройки превысила 6 миллиардов евро), предназначен для получения принципиально новых данных о природе материи и фундаментальных физических законах.

В 27-километровом кольце коллайдера, расположенного в ЦЕРНе на границе Франции и Швейцарии, сталкиваются летящие навстречу друг другу протоны. В результате столкновений образуются "ливни" других частиц, которые фиксируют детекторы. Анализируя данные с детекторов, физики могут понять, какие частицы рождались в столкновениях.

Одной из главных задач коллайдера является поиск бозона Хиггса - последнего недостающего элемента современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели. Эта гипотетическая частица отвечает за массы всех других частиц. Однако чтобы начать "чувствовать" бозон Хиггса, ученые должны накопить достаточно большую статистику - набрать достаточно большую интегральную (накопленную) светимость, то есть данных о столкновениях.

Гвидо Тонелли (Guido Tonelli), официальный представитель группы физиков, работающих на одном из четырех главных детекторов коллайдера - детекторе CMS, считает, что если будет набрана соответствующая светимости, то бозон Хиггса не сможет "спрятаться" от ученых.

"Хотя все зависит от природы, но, если БАК достигнет интегральной светимости от 5 до 10 обратных фемтобарн на детектор, шансы обнаружить бозон Хиггса во всех возможных закоулках, где он может прятаться, очень высоки", - сказал Тонелли в беседе с .

ПОИСКИ ЭКЗОТИКИ

Ученые отмечают, что прошедший год был для коллайдера только первым шагом, и настоящее путешествие в неизвестность начнется уже в следующем году.

"В 2010 году нашей главной целью было довести машину до точки, начиная с которой она могла надежно давать хорошую светимость для экспериментов. Мы достигли этого. Это означает, что мы находимся в благоприятном положении для сбора данных, необходимых, чтобы начать получать новую физику в 2011 году", - сказал Хойер.

Он не исключил, что физики в следующем году смогут получить данные о частицах-кандидатах в частицы темной материи - загадочной субстанции, на долю которой приходится около 23% массы Вселенной ("обычная" материя составляет лишь около 4% массы, а все остальное приходится на не менее загадочную темную энергию).

Кроме того, ученые уже обнаружили ряд интересных событий, которые не предсказывала существующая теория.

Тонелли напомнил, что ранее при анализе столкновений протонов был обнаружен так называемый "ридж-эффект" - связь между продуктами столкновений. По его словам, в опубликованных физиками статьях приводятся новые данные о возможной внутренней структуре кварков и о таких частицах, как резонансы, лепто-кварки, тяжелые стабильные заряженные частицы (heavy stable charged particle - HSCP).

"Если природа будет добра к нам, мы можем открыть суперсимметричные частицы и некоторые новые массивные частицы, предсказанные теорией, подразумевающей существование дополнительных измерений", - сказал Тонелли.

КОНКУРЕНТ НЕ СДАЕТСЯ

Физики, работающие на единственном серьезном "сопернике" Большого адронного коллайдера - американском коллайдере Теватрон, который уже четверть века функционирует в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми в США, не намерены сдавать позиции.

"Если бозона Хиггса нет, Теватрон (в следующем году) исключит его существование во всем массовом диапазоне. Если Хиггс существует, мы увидим его первые распады в наших детекторах", - сказал Дмитрий Денисов, официальный представитель одной из двух крупных научных групп, работающих на ускорителе - коллаборации D0.

Ученые сейчас рассматривают два возможных варианта бозона Хиггса - "легкого" и "тяжелого". "Легкий" Хиггс с массой от 135 до 200 гигаэлектронвольт должен распадаться на пары W-бозонов, а если масса бозона составляет 200 ГэВ или больше - на пары Z-бозонов, которые, в свою очередь, порождают электроны и мюоны.

Эксперименты в электрон-позитронном коллайдере LEP в 1980-е годы позволили исключить диапазон масс менее 114 ГэВ. Значение массы в 100 ГэВ примерно в 107 раз больше массы протона. В июле Теватрон исключил возможность существования бозона Хиггса в интервале масс от 158 до 175 ГэВ. Ранее, в ноябре 2009 года, в Фермилабе "закрыли" интервал с 163 до 166 ГэВ.

Хойер отчасти согласен с Денисовым, но отмечает, что Теватрон не закрывает все возможные значения массы Хиггса.

"Теватрон работает фантастически хорошо и имеет вполне реальные шансы "увидеть" Хиггса", - сказал директор ЦЕРНа. - Однако Теватрон "закрывает" только небольшое "окно" в диапазоне возможных масс Хиггса. Теватрон также нуждается в продлении срока работы за пределы 2011 года, чтобы сделать открытие - как и в нашем случае, это вопрос сбора достаточного объема данных".

Тонелли, в свою очередь, оценивает шансы Теватрона "выиграть гонку" более пессимистично: "В принципе (возможность) есть, но шансы очень, очень малы".