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

Открытие новой элементарной частицы вызвало резонанс планетарного масштаба. Не было газеты, которая не написала бы об этом, а статьи, опубликованные командами ATLAS и CMS, немедленно набирали сотни цитирований. Но ЦЕРН, не вовлекаясь во всю эту суету, продолжал свою работу по уточнению и проверкам. Новый бозон найден, однако уверены ли мы, что это тот самый бозон?

Официальное объявление было сделано в самых сдержанных тонах: в нем говорилось о бозоне хиггсовского типа; то есть подразумевалось, что он очень похож на бозон Хиггса. Эта сдержанность была более чем оправданна. Напоминаю: у бозона Хиггса, как и у всякого другого бозона, целый спин. Но у этой столь разыскиваемой частицы спин должен быть равен нулю – это одна из принципиальных ее характеристик, выражаемых словом скалярная. Наши данные, собранные к июлю 2012 года, не позволяли определить спин частицы, и поэтому нам приходилось соблюдать осторожность. Если выяснится, что спин у нашей частицы 1 или даже 2, то нам придется иметь дело с каким‑то самозванцем, который, хотя и похож на бозон Хиггса, все же им не является. А до тех пор, пока спин не известен, мы не можем сказать ничего определенного.

Вдобавок была еще проблема потенциальных аномалий. Открытие осуществилось преимущественно при использовании бозонных каналов распада; ни ATLAS, ни CMS не показали каких‑либо убедительных признаков распада новой частицы на b-кварки или на тау-лептоны. И предстояло разобраться: мы не видели этих распадов, потому что так и не достигли нужной чувствительности, или же механизм образования массы у фермионов отличается от описанного Браутом, Англером и Хиггсом? Если верно второе, то нам придется принять во внимание гипотезу, что открытая частица отлична от бозона Хиггса, предсказываемого Стандартной моделью.

Наконец, многие эксперты обратили внимание на то, что оба эксперимента в канале распада на два фотона зарегистрировали значительно больше (примерно на 50 %) событий, чем предсказывает теория. Разумеется, аномалия такого рода может объясняться статистической случайностью, которая должна исчезнуть по мере накопления новых данных. Но этот тип реакций всегда был под особым наблюдением, потому что они очень чувствительны к присутствию Новой физики. Если тут задействованы какие‑то более массивные частицы, пока еще не открытые, их присутствие может обнаруживать себя косвенным образом, например, изменяя вероятность этого процесса.

Все это занимало очень многих, но с особенным трепетом следили за происходящим два пожилых господина – Питер Хиггс и Франсуа Англер. Оба прекрасно знали, что звонок из Стокгольма, которого они ждали так много лет, раздастся лишь после того, как ATLAS и CMS выскажутся совершенно определенно и вместо слов “хиггсовского типа”, использовавшихся в статьях и официальных сообщениях, появится единственное слово: “Хиггса”. То, к чему они интуитивно пришли в 64‑м, признают верным лишь в том случае, если частица, открытая в 2012‑м, будет обладать всеми теми характеристиками, которые предсказывала для бозона Хиггса Стандартная модель.

На протяжении всего года LHC продолжал сталкивать протоны с большой производительностью, и вскоре мы с запасом прошли рубеж в 20 fb^-1. Теперь у нас было достаточно данных, чтобы приняться за проверки всех этих аномалий. Обладая данными, вчетверо превосходящими по объему данные на предыдущем цикле, мы получили сигнал значительно более сильный и значительно более ясный. Да и в каналах, где на момент открытия у нас было лишь по горстке событий, их в итоге накопилось достаточно, чтобы провести более подробные исследования и поискать возможные аномалии.

Прежде всего следовало сосредоточиться на измерении спина. Механизм тут прост и не раз использовался в прошлом. Для измерения этой характеристики у неустойчивой частицы, вроде бозона Хиггса, измеряется угловое распределение продуктов ее распада. Вид кривых, описывающих пространственное распределение электронов, мюонов и других частиц-осколков после распада материнской частицы, говорит о многом. Эти кривые будут принципиально различаться в зависимости от того, был ли у распавшейся материнской частицы спин 0, 1 или 2. И что же выяснилось? Из всех гипотез та, что новая частица была скалярной в соответствии с предсказанием теории Браута, Хиггса и Англера, значительно обгоняла в правдоподобии любую другую.