Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир

Группа, искавшая бозон Хиггса в парах фотонов, знала, что находится в центре внимания, но также чувствовала и ответственность за получение надежных результатов. А значит, исследователям надо было предельно откалибровать электромагнитный калориметр и максимально учесть фоновые процессы. Сигналы от распада бозона Хиггса на два фотона очень заметны, но нужно распознать сотню таких событий на фоне десятков тысяч других, хотя они и выглядят очень похоже. Тут тоже требуется создавать независимые аналитические группы, которые станут использовать для идентификации тех же самых сигналов иные методы. Каждый результат, полученный одной из подгрупп, будет верифицирован, событие за событием, другими подгруппами, до тех пор, пока анализ в разных подгруппах не будет полностью синхронизирован. Всякое, даже мельчайшее, улучшение разрешающей способности может оказаться важным. Вот, скажем, подгруппа, занимающаяся откликом калориметра; каждый из 75 000 кристаллов анализируется, словно под микроскопом; изучается отклик каждого кристалла в зависимости от точки попадания частиц; проверяется, как отклик кристалла меняется с течением времени, – и делаются корректировки, учитывающие любые вариации условий, в которых протекают эксперименты. Другая подгруппа работает над тем, чтобы по информации о двух фотонах реконструировать координаты точки, откуда они были излучены, и сопоставить их с координатами места столкновения частиц. Еще одна подгруппа разделила все события на различные классы, приписав каждому определенный вес в зависимости от чистоты получаемого сигнала. И хотя таким образом достигается предельная чувствительность, процедура проверок становится исключительно сложной, особенно на этапе согласования результатов работы всех подгрупп.

Наконец, есть группа, занимающаяся распадом бозона Хиггса на четыре лептона. Тут тоже многое делается для изучения электронов и мюонов низких энергий и возможностей их идентифицировать в условиях возросшего pile-up последних месяцев. Это необходимо проделать при поиске бозона Хиггса в области небольших масс, поскольку мы знаем, что можем в лучшем случае рассчитывать на горстку полезных событий. Распад бозона Хиггса на пару Z-бозонов с последующим распадом каждого из них на пару электронов или пару мюонов – процесс очень ясный, потому что фон тут невелик, но эти события так редки, что мы не можем себе позволить пропустить ни одно из них. Очень кстати кто‑то обнаружил, что на основании предсказанных свойств бозона Хиггса можно улучшить выделение сигнала из фона, анализируя угловое распределение лептонов после распада. Как и в других группах, анализ тут проводят независимо и поэтапно – ради достижения лучшего результата.

Во всех группах есть молодые и очень молодые сотрудники, которые стремятся использовать наиболее инновационные методы анализа, принятые к использованию в физике относительно недавно и особенно эффективные при поиске слабых сигналов в наиболее запутанных ситуациях. Их называют многомерным анализом данных, так как в настоящее время для отбора наиболее интересных событий они используют всевозможные переменные. Однако мы в CMS пока не верим, что они пригодятся для поиска бозона Хиггса. В таких сложных методах анализа всегда есть риск утратить контроль над тем, что вы делаете. Но инновационные методы очень важны, так как дают нам возможность организовать дополнительную проверку происходящего.

В первых числах ноября охотники за бозоном Хиггса заметили новые странности. Группа, занимающаяся парами W-бозонов, увидела избыток интересных событий во всем диапазоне масс меньше 160 ГэВ; это могло быть первым указанием на то, что в этой области что‑то происходит, но мы уже пережили слишком много взлетов и падений, чтобы отнестись к новости с энтузиазмом. Более интересной выглядела ситуация с распадом бозона Хиггса на четыре лептона. Для масс меньше 130 ГэВ событий было явно больше ожидаемого. Но мы пока не понимали, что там творится. Были два события около 125 ГэВ и три около 119 ГэВ. Какая из зон была правильной? Или в обоих случаях речь шла о статистических флуктуациях, временных сгущениях событий, которым суждено рассосаться по мере накопления новых данных?

Все взгляды были прикованы к распаду бозона Хиггса на два фотона. Но группы пока не успели проанализировать полный объем данных, потому что анализ должен был проводиться синхронизированно и мы ожидали проведения новых калибровок. Поэтому 8 ноября, когда проходило очередное совещание группы, никто особо не волновался. За исключением меня, Вивека и еще пары участников встречи, большинство присутствующих не следило за тем, что происходит в других группах. Мы принимали участие во всех совещаниях и получали информацию из первых рук, а люди, входившие в ту или иную группу, были слишком поглощены собственной работой, чтобы вдаваться в то, чем заняты другие.