Бозон Хиггса. Неужели наконец-то?

Когда читатели будут держать в руках этот выпуск газеты, в ЦЕРНе уже пройдет семинар, на котором объявят последние результаты по поиску бозона Хиггса. Суть пока держится в секрете, но, судя по тому, что семинар состоится 4 июля, за два-три дня до соответствующего доклада на конференции ICHEP, заявление может быть достаточно громким.

В основании нашего материального мира лежит несколько семейств элементарных частиц: фотоны с W-бозонами, лептоны (электрон с двумя более тяжелыми партнерами и три нейтрино), кварки, глюоны. У фотона и глюонов — нулевая масса, у нейтрино — очень маленькая, у остальных — разные, разброс в 200 тысяч раз. Все они по-разному взаимодействуют (электромагнитные, сильные, слабые). Короче, зоопарк! Существует так называемая Стандартная модель, наводящая некоторый порядок в этом зоопарке. Так, изначально фотон и W-бозоны одинаковы, а электромагнитные и слабые взаимодействия в точности симметричны. У всех частиц исходно массы равны нулю. Такой мир вряд ли пригоден для жизни. Появление зоопарка частиц и взаимодействий — факт истории нашей Вселенной. В частности, в первые доли секунды существования Вселенной в ней произошел фазовый переход: вакуум заполнился неким ненулевым полем. Мы напрямую не ощущаем этого поля — оно везде одинаково. Но изначально одинаковые частицы по-разному взаимодействуют с этим полем и в результате приобретают разные массы (квант света приобретает массу, пролетая в стекле), а взаимодействия становятся разными.

С первого взгляда такая идея кажется искусственной и тяжеловесной, но на самом деле она органична и глубока. В частности, лежит в русле представлений, что сложная физика, описывающая современный мир, не задана «свыше», а результат нынешнего состояния Вселенной и не всегда была такой. Более того, в иных случаях возможны фазовые переходы вакуума с не предопределенным результатом — физика нашей конкретной Вселенной может зависеть от случайности, как направление намагниченности остывающего ферромагнетика.

Поле, заполнившее пространство и придавшее массы частицам, называется полем Хиггса, а квант этого поля — бозоном Хиггса. Из сказанного выше понятны высокий статус этой частицы и сопутствующий ажиотаж. В средствах массовой информации к бозону Хиггса часто клеится эпитет «частица Бога», что многим физикам кажется довольно пошлым. Эпитет впервые появился в названии книги Нобелевского лауреата Леона Ледермана, который, по слухам, изначально написал «проклятая частица» (Goddamn particle), но по требованию редактора исправил на «God particle».

Бозон Хиггса был изначально едва ли не главным запроектированным открытием для Большого адронного коллайдера. Его также упорно искали на Тэватроне в лаборатории Ферми. Свойства бозона Хиггса достаточно хорошо определены теорией, но его масса является свободным параметрам. От массы зависит то, на что он распадается, и то, насколько легко его найти. «Легкие» диапазоны массы были довольно быстро закрыты-и в ЦЕРНе, и на Тэватроне. Осенью прошлого года осталась лишь одна незакрытая щель -110-130 ГэВ, и именно в этой щели начал появляться намек на сигнал. Сначала намек увидели на Тэватроне, но там он был совсем слабым, статистическая значимость — около 2 сигма, это несерьезно. Где-то к февралю этого года в ЦЕРНе сигнал около массы 125 ГэВ составил уже 3 сигма (один шанс из тысячи, что сигнал случаен) — это мало для открытия, но является серьезным указанием, что здесь надо искать — «горячо». Причем это указание появилось сразу на двух детекторах — CMS и ATLAS. Если проэкстраполировать темп роста статистической значимости и сопоставить со слухами, с обстановкой многозначительной секретности, то, вероятно, сейчас достигнута значимость где-то в интервале от 4 до 5 сигма. По сложившейся традиции, на статус открытия можно претендовать, начиная с 5 сигма (чуть больше одного шанса из миллиона для случайной имитации сигнала). Вероятно, 4 июля будет заявлено не открытие, а провозглашена близость к открытию и определен срок, когда можно будет сделать окончательный вывод. На самом деле, порог 5 сигма можно констатировать уже сейчас, просуммировав данные с двух установок, но, судя по некоторым заявлениям, экспериментаторы этого делать не хотят. Приводится маловразумительная аргументация, скорее всего причины, по которым не выдается совместный результат, являются чисто политическими, типа проблемы — какую из коллабораций писать первой.

Набор статистической значимости — это еще не конец истории. Нужно показать, что это действительно бозон Хиггса. Пока есть указания на то, что это бозон, скорее всего, как требуется, с нулевым спином: сигнал виден в канале распада на два гамма-кванта. В том, что это именно Хиггсовский бозон, можно будет убедиться по соотношению разных каналов распада — эти соотношения четко предсказываются теорией.

Пожалуй, самое время поставить точку и дождаться объявления результатов.

Борис Штерн