Новые данные укрепили находку бозона Хиггса

На свет вылились новые доказательства, поддерживающие теорию бозона Хиггса, который, по всем данным, был обнаружен на Большом адронном коллайдере (CERN) в 2012 году. Эта работа стала результатом международной коллаборации во главе с учеными из Массачусетского технологического института и подтверждает, что потенциальный бозона Хиггса распадается в соответствии с прогнозами и ожиданиями Стандартной модели.

Согласно Стандартной модели, бозон Хиггса — последняя элементарная частица, ожидающая своего открытия. С этой точки зрения все частицы получают массу вследствие взаимодействия с однородным полем Хиггса, которое существует во вселенной. Почему однородное? Потому что в противном случае масса менялась бы в зависимости от направления ее путешествия через пространство. Это самый простой, но не единственный способ объяснения наличия массы у частиц. Если найти бозон Хиггса, поле Хиггса тоже существует. Но если новая частица, обнаруженная на CERN, не является бозоном Хиггса, это был бы первый серьезный признак того, что Стандартная модель ошибается.

Первоначальное открытие

Первое открытие произошло еще в 2012 году в ходе экспериментов ATLAS и CMS, проводимых на БАКе (Большом адронном коллайдере). Потенциальное открытие легендарной частицы прошло через средства массовой информации со всей свирепостью тайфуна. Этот фурор вполне понятен, если учесть последствия такого открытия. Бозон Хиггса представляет собой последнюю элементарную частицу, которая должна быть обнаружена в Стандартной модели физики элементарных частиц, на которую приходится три из четырех сил, управляющих поведением нашей Вселенной. Это сильные и слабые ядерные силы, электромагнетизм и гравитация, которая не помещается в Стандартной модели.

Тем не менее, даже если отбросить неспособность включить гравитацию в свою структуру, без бозона Хиггса Стандартная модель не может объяснить один из жизненно важных аспектов поведения нашей Вселенной: как у частиц появляется масса. Открытие ключевой частицы объяснило бы, как все частицы, от тех, что в вашей чашке, до вас самих, обладают массой.

Теория заключается в том, что субатомные частицы получают свою массу, взаимодействуя с полем Хиггса, теоретическим полем энергии, которое присутствует во всей Вселенной. Доказав существование частицы Хиггса, мы захотим доказать и существования поля Хиггса. Поэтому, когда в июле 2012 года ученые БАК объявили, что обнаружили прежде не виданный бозон с массой между 125 и 126 ГэВ, люди, естественно, приняли все близко к сердцу.

Подтверждение прорыва

Обнаруженная частица обладает многими характеристиками, соответствующими Стандартной модели. Наряду с правильной массой, она также не обладала спином и распадалась на пару фотонов, W-бозоны или Z-бозоны.

Тем не менее, хотя все говорило в пользу нового открытия — бозона Хиггса — могли быть и другие варианты. Поэтому, даже когда в марте 2013 года, когда ученые CERN были уверены, что собрали достаточно данных, чтобы именовать новонайденную частицу бозоном Хиггса, требовались дальнейшие исследования, которые точно подтвердят находку.

Доказательства, недавно опубликованные в журнале Nature Physics, направлены на укрепление этой находки.

Новое исследование показало, что бозоны также распадаются на пары фермионов (в данном случае пары тау-лептонов). Фермионы важны, поскольку они являются элементарными частицами материи, в отличие от фотонов или W- и Z-бозонов, которые наблюдались в предыдущем эксперименте — они являются переносчиками силы или калибровочными частицами.

«В настоящее время мы установили основные характеристики этой новой частицы, ее связь с фермионами и бозонами и структуру спин-четности; все эти вещи согласуются со Стандартной моделью», — рассказал Маркус Клют, доцент физики в Массачусетском технологическом институте и руководитель международного исследовательского проекта.

Ученые говорят, что необходима дальнейшая работа, которая подтвердит результаты до запуска БАК в 2015 году.

«С текущим уровнем точности еще есть возможность существования других моделей, которые выглядят в точности как «хиггс», поэтому нужно аккумулировать больше данных и выяснить, есть ли отклонения, — говорит Клют. — Хотя, если мы найдем отклонение от Стандартной модели, оно будет крайне небольшое».