Большой адронный коллайдер сузил диапазон возможных масс бозона Хиггса

9 марта 2011 года

В сообщении от 1 марта уточняется, что данные исследуются в рамках одного из вариантов современной физической теории (первый, третий, пятый, восьмой абзацы).

МОСКВА, 1 мар - . Анализ данных, полученных с помощью детектора CMS Большого адронного коллайдера, позволил физикам вновь сократить диапазон масс, в котором, согласно одному из вариантов современной физической теории, Стандартной модели, может "скрываться" неуловимый бозон Хиггса, говорится в статье научной группы CMS, которая будет опубликована в журнале Physics Letters B.

В рамках общепринятой физической теории, Стандартной модели, рассматриваются две возможности - существование "легкого" и "тяжелого" вариантов бозона. "Легкий" Хиггс с массой от 135 до 200 гигаэлектронвольт должен распадается на пары W-бозонов, а если масса бозона составляет 200 ГэВ или больше, то на пары Z-бозонов, которые, в свою очередь, порождают электроны и мюоны.

Известные элементарные частицы из которых складывается вещество (фермионы) - кварки и лептоны (в число последних входят электроны, мюоны и нейтрино) делятся на три поколения. Авторы статьи изучали возможные проявления бозона Хиггса в рамках одного из вариантов Стандартной модели, которая предусматривает существование четвертого поколения фермионов.

Авторы искали следы рождения W-бозонов, которые могли возникнуть при распаде бозона Хиггса. Всего было зафиксировано 13 таких событий, однако характерных особенностей, "намекающих" на существование Хиггса, обнаружено не было.

"Поиск бозона Хиггса Стандартной модели в моде распада на W-бозоны не выявил никаких свидетельств превышения сигнала над фоном. Ограничения были установлены для рождения бозона Хиггса в контексте Стандартной модели при существовании четвертого поколения фермионов с высокой массой. В этом контексте (существование) бозона Хиггса в интервале масс от 144 до 207 гигаэлектронвольт исключено с уровнем достоверности 95%", - говорится в статье.

Эксперименты в электрон-позитронном коллайдере LEP в ЦЕРНе в 1980-е годы позволили исключить диапазон масс бозона Хиггса в рамках минимальной (не предусматривающей четвертого поколения) Стандартной модели менее 114 гигаэлектронвольт. Значение массы в 100 гигаэлектронвольт примерно в 107 раз больше массы протона.

Летом 2010 года физики из Национальной лаборатории имени Ферми, которые проводят эксперименты на коллайдере Теватрон, исключили возможность существования "минимального" Хиггса в интервале масс от 158 до 175 гигаэлектронвольт, а до этого, в ноябре 2009 года, "закрыли" интервал с 163 до 166 гигаэлектронвольт.

В мае 2010 года физики из Фермилаба заявили, что им удалось закрыть для Хиггса Стандартной модели с четвертым поколением интервал масс со 131 до 204 гигаэлектронвольт.

"Если верить всем этим измерениям, получается, что осталось совсем немного. Но это наиболее сложная область. Природа так устроена, это такая область, которую тяжелее всего почувствовать. Для этого нужна высокая светимость, и энергия важна", - сказал один из авторов статьи Эдуард Боос, завотделом экспериментальной физики высоких энергий НИИ ядерной физики МГУ.

Он не исключил, что эту оставшуюся область можно будет перекрыть в ближайшие два года, оставшиеся Большому адронному коллайдеру до годичной остановки для "апгрейда".

"Может быть бозон Хиггса Стандартной модели можно будет "убрать". Скорее может существовать "легкий" Хиггс суперсимметричных моделей (один из вариантов "расширения" Стандартной модели), но тогда все эти ограничения "плывут", - сказал ученый.

По его словам, поиск бозона Хиггса - очень сложная кропотливая работа, связанная с выделением сигнала из фона.

Нынешняя теория - так называемая Стандартная модель - обобщает наши знания об элементарных частицах. Она была проверена в многочисленных экспериментах, однако остается много нерешенных вопросов, ответить на которые призваны, в частности, эксперименты на Большом адронном коллайдере.

В их числе - проблема происхождения массы, которая не решена в рамках Стандартной модели. Ответом на вопрос, почему некоторые частицы очень тяжелы, а другие не имеют массы совсем, может стать так называемый механизм Хиггса, названный по имени британского физика Питера Хиггса. Согласно этой теории, пространство заполнено полем Хиггса, и, взаимодействуя с ним, частицы приобретают массу.

Частицы, которые сильно взаимодействуют с ним, - тяжелые, а те, которые слабо взаимодействуют - легкие. Поле Хиггса имеет как минимум одну частицу, связанную с ним, - бозон Хиггса. Если она существует, то Большой адронный коллайдер, как надеются ученые, сможет ее обнаружить.