Бозонов Хиггса оказалось много

Как же все-таки обстоит дело с бозоном Хиггса, нашли его в июне нынешнего года? А если нет, то что же за частица была обнаружена на Большом Адронном коллайдере? Ученые не могут однозначно ответить на все эти вопросы, хотя версий того, что же тогда было найдено, имеется много. Например, некоторые полагают, что на БАК обнаружили два бозона Хиггса.

Фото:

Сообщения о том, что неуловимый хиггсовский бозон наконец-то найден, весь научный мир с нетерпением ждал уже несколько лет, однако в июле этого года полноценного триумфа, увы не случилось. Данные, которые представили ученые с "Тэватрона", оказались не совсем достоверными с точки зрения статистики, а специалисты с БАК заявили лишь, что ими был найден какой-то новый бозон, но вот тот ли, чье существование предсказывал великий Питер Хиггс — не совсем понятно.

Причиной их неуверенности послужил не недостаток статистических данных, как на "Тэватроне", и не сомнение в корректности экспериментов, а сам… пакостный характер частицы. Дело в том, что, согласно теоретическим представлениям, бозон Хиггса имеет несколько вариантов (или, как говорят физики, каналов) распада, анализируя последствия которых, можно понять, что он все-таки родился при столкновении. Сам этот неуловимый бозон, как мы помним, живет весьма недолго, предпочитая сразу же распадаться, так что искать его приходится именно по этим следам.

Итак, каким же образом "частица бога" может "наследить" в коллайдере? Прежде всего, бозон Хиггса вполне может распасться на два высокоэнергетических фотона, которые физики обычно называют γ-квантами. Другой, не менее популярный путь распада — это образование пары W- или Z-бозонов (которые в свою очередь сами сразу же распадаются). И наконец, несколько менее частыми вариантами являются распады на два тау-лептоноа или еще более экзотическую парочку "b-кварк — b-антикварк" (которые тоже весьма неустойчивы).

Но это все теория — а что же получилось в экспериментах? По сообщениям сотрудников БАК, для них самыми богатыми событиями, и, следовательно, самыми информативными, оказались каналы распада бозона Хиггса на гамма-фотоны, а также Z- и W-бозоны. После обработки информации об этих событиях, для которых детекторы ATLAS и CMS обеспечивали высокое разрешение по массе, физики смогли вычислить массу самого неуловимого бозона, которая оказадась в интервале от 125 до 126 ГэВ.

Следует заметить, что хотя эти результаты в основном согласовывались с теоретически предсказанным Стандартной моделью значением массы хиггсовской частицы, однако что-то оказалось не так. Например, в канале гамма-квантов и ATLAS, и CMS зарегистрировали больше распадов, чем ожидалось. Кроме того, детектор CMS смог различить еще и дополнительный (хотя статистически не особенно достоверный) пик событий в районе 136 ГэВ, свидетельствующий, что бозон Хиггса мог "появиться" и там. Интересным было еще и то, что при исследовании не таких частых, как в предыдущих случаях, распадов на пары тау-лептонов сотрудники того же детектора заметили, что в области масс в 125 ГэВ событий было явно недостаточно, а вот при вышеупомянутых 132 ГэВ их случилось сильно больше, чем ожидалось.

Что касается детекторов "Тэватрона", то там наблюдалась еще более загадочная картина, которую коротко можно охарактеризовать так: где ждали, — там не поймали, а где не ждали, то там само пришло. Напомню, что специалисты, рабротающие на данном коллайдере самым перспективным с точки зрения отбора полезных событий считали образование хиггсовской частицы в паре с W- или Z-бозоном и последующий ее распад на пару кварков "b — анти-b". Так вот, в этом канале распада статистически значимых событий не происходило. Однако в том же самом варианте распада на два гамма-кванта пик наблюдался, причем в той же самой загадочной области масс со значением в 135 ГэВ.

Именно эта двойственность и смутила ученых — ведь, согласно предсказаниям Стандартной модели,бозон Хиггса может существовать лишь в одном интервале масс. И если признать, что он имеется в промежутке 125 -126 ГэВ (как более статистически достоверный), то почему возникает пик в интервале 135-136 Гэв? Неужели вместе с хиггсовской частицей все время рождается еще какой-то бозон? Но, согласно теории, такого быть не может — бозон Хиггса единственен в своем роде и неповторим.

Этот второй пик настолько озадачил физиков, что некоторые даже предположили, что в экспериментах была обнаружена вовсе не "частица бога", а два каких-то других бозона, пока еще не известных науке. Однако большинство ученых решило не сдаваться, и они продолжили проверку данных эксперимента. Однако уже к середине августа стало ясно, что второй пик событий — вовсе не результат погрешности расчетов, а объективно существующее явление. После чего ситуация стала совсем непонятной.

Тем не менее, некоторые физики-теоретики из Франции и США, среди которых присутствуют такие знаменитые ученые, как Д. Беланджер, С. Крам и Ж. Женьон, считают, что никакого парадокса тут нет. И БАК, и "Тэватрон" действительно обнаружили два хиггсовских бозона. Однако чтобы понять, каким образом такое могло получиться, следует воспользоваться не "классической" Стандартной моделью, а ее модифицированными вариантами, например, минимальной суперсимметричной Стандартной моделью (MSSM).

Это расширение основано на представлении о гипотетическом (то есть не доказанном пока что экспериментально) свойстве материи — суперсимметрии, которое говорит о том, что квантовые поля бозонов и фермионов связаны друг с другом и эти частицы могут претерпевать взаимные превращения. Проще говоря, преобразование суперсимметрии может переводить вещество во взаимодействие (или в излучение), и наоборот. Из данного свойства вытекает представление о том, что у каждой частицы должен быть свой суперсимметричный партнер, и, соответственно, у бозона Хиггса — тоже.

Правда, с "частицей бога" все обстоит куда интереснее — согласно MSSM, у нее не один симметричный "напарник", а целых четыре (то есть существует целых пять бозонов Хиггса, различающихся по массе). Однако для своих расчетов Беланджер и его коллеги использовали другой вариант суперсимметричного расширения, который называется next-to-minimal supersymmetric Standard Model (NMSSM). Согласно ему, этих самых бозонов Хиггса существует аж целых семь разновидностей.

Так вот, физики считают, что две из них и были обнаружены в опытах на БАК и "Тэватроне", причем тот, чья масса равна 125-126 ГэВ, является самой частой разновидностью, а другой — его суперсимметричным партнером. При этом ученые предполагают, что их версия может быть проверена экспериментально — если набрать еще данных по измерениям гамма-квантового и Z-бозонного каналов распада, то исследователи увидят, что имеют дело с одной и той же частицей. Более того, в этих же каналах может быть обнаружен и третий, куда более тяжелый бозон Хиггса с массой в 290 ГэВ.

Более того, авторы данной статьи, уверены, что подобное направление исследований может экспериментально проверить и саму NMSSM, которая предсказывает появление не только нескольких хиггсовских бозонов, но и других новых частиц вроде скварков и глюино (являющихся суперпартнерами кварков и глюонов). Потому что до сих пор подобная проверка давала лишь отрицательные результаты: на юбилейной 20-й специализированной конференции SUSY 2012 в августе этого года в Пекине сотрудники коллабораций ATLAS и CMS Большого Адронного коллайдера вновь сообщили, что никаких следов суперсимметрии они не зафиксировали.

В любом случае, подобную оригинальную гипотезу следует проверить, что, скорее всего, и будет сделано в ближайшее время. И даже если вдруг она подтвердится (что заставит физиков несколько пересмотреть свои представления о Стандартной модели), расстраиваться незачем: все-таки два бозона Хиггса — это куда лучше, чем совсем ни одного…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"