Ф'янський персонал розповів про пошук генезу

4 липня 2012 року в Женеві відбувся науково-практичний семінар, який підвів підсумки прес-конференції. Керівництво CERN оголосило узагальнені результати пошуку босонів Higgs, отримані при обробці експериментальних даних за 2011-2012 роки. Дуже ймовірно, що знайдено елюзивну частинку.

Про те, як шукати Хігс boson, і що важливо відкриття, розповів співробітник ФІЙ, який бере участь в двох основних експериментах Великого Хадрон Collider (LHC) – CMS та ATLAS.

В результаті зіткнення протонів в прохідних пучках великого Хадрона Collider, народжуються багато вторинних частинок. Серед них є відносно тривалі частинки, які можуть літати сантиметри і метри, і є короткоживні, які, практично без часу, щоб відійти від точки їх народження, розпаду в інші частинки. Хіггі босон є надзвичайно недовговим, він дуже швидко знежирює. Варіанти розпаду, або як вони називаються експертами, каналами розпаду, досить багато. Наприклад, в одному випадку, частинка Божої може розпадатися на два босони Z (який пізніше загиблий в 4 лептони), в іншому - в два гамма кванта. Це імовірнісний процес, тому неможливо передбачити заздалегідь, в які частинки в кожному конкретному випадку потрібно буде розпадати.

Детектори на LHC не можуть виявляти бензовідмінника Higgs безпосередньо, але його продукти, які живуть досить довго, щоб бути записані, можуть. Наприклад, лептони, в які загиблими босонами. Тим не менш, це одна з основних проблем, ті ж частинки, в які гнійники можуть вироблятися абсолютно різними процесами, які не мають нічого спільного з хігами boson. І такі процеси значно більше, ніж процеси з народженням і розпадом босона Хігса, говорить учасниця експерименту ATLAS, старший науковий співробітник FIAN, Ph.D. Володимир Тихоміров.

Однак, коли археологи знайшли багато років через шматки давньої вази або іншої позаземної речі, вони можуть відновити її зовнішній вигляд. Так ось, маючи в арсеналі маси і енергії частинок - продукти розпаду, вчені можуть відновити маси батьківських частинок, в результаті розпаду яких вони утворилися. Але знову виникає проблема. Теорія, яка прогнозує існування хігського босона (Стандартна модель) не прогнозує масу цього босона.

Розчин до цієї проблеми є наступним чином. Вчені конструюють масовий розподіл частинок, тобто кількість подій, в яких народжуються частинки з певними масами, відреставровані від характеристик можливих продуктів розпаду, наприклад, пар гамма кванта. Більшість подій в цьому розподілі є фоном, оскільки більшість записаних пар не мають нічого спільного з хігами boson. Але якщо серед всіх цих пар гамма кванта є дійсно ті, які є результатом розпаду потрібного босона, то ці пари, з точністю вимірювань, кожен раз дасть однакову масу. Потім в фоновому розподілі, що складається з випадкових подій, в області маси потрібної частинки буде спостерігатися деякі надлишки подій у вигляді додаткового піку.
Так само розподіл може бути побудована для інших можливих дегайних каналів хігса boson. І якщо пік з такою ж масою значенням, як і попередній, знайдений на ньому, то це буде вказувати на користь чіткого малюнка, за яким Хігс босон, швидше за все, лежати. Для того, щоб визначити, наскільки ймовірно, це те, що ми дійсно співпрацюємо з продуктами розпаду, і не з статистичними коливаннями, теорія ймовірності використовується. Щоб визначити ступінь надійності результату, вчені повинні визначити, з якою ймовірністю можна випадково отримати однакові надлишки подій у вигляді додаткового піку за фоновим розподілом.

Ступінь статистичної достовірності результату зазвичай вказується в кількості так званих sigma, які характеризують масштаб розподілу ймовірностей. Чим більше sigma, тим ймовірніше подія повинна вийти за межі розподілу в випадковому порядку. Наприклад, для 3 sigma, ця ймовірність становить близько 0,3%, тобто за шансом це можливо в трьох випадках з тисячі. Наукова громада погодилася розглянути лише результат, який відповідає 5 sigma або більше як надійний результат. У зв'язку з результатами спільних результатів експериментів CMS та ATLAS, ймовірність того, що надлишок подій в тій же масовій області буде випадковим чином отримано в результаті обробки даних на розпаді двох Z босонів і двох гаммових квантових речовин менше 10-6, що відповідає 5 sigma. У той же час, швидше за все, значення маси Хігса босона становить близько 126.5 GeV - за колаборацією ATLAS, а 125.3±0.6 GeV - за CMS.

Важливість відкриття босону Хігса визначається тим, що він є єдиною частинкою, яка ще повинна бути знайдена в так званій стандартній моделі, яка описує взаємодію всіх відомих частинок у Всесвіті. Крім того, вона грає особливу роль у визначенні маси всіх інших частинок, що переміщаються в поле Higgs. Таким чином, є пояснення таємничості таких різних мас, починаючи від neutrinos і закінчуючи максимальним кварком, коментарів Ігоря Дреміна, члена колаборації CMS, головного дослідника FIAN, Ph.D.

р.
Підсумок від презентації представника співпраці ATLAS Fabiola Gianotti.

Що далі?
У 2013 році Великий Хадрон Collider буде призупинити свою роботу близько року і половини. Під час цієї довгої перерви гігантська машина буде підготовлена для переходу на повну енергію (14 TeV за два пучки) і повної похилості. Наступний запуск колатера на повній потужності дозволить детально вивчити властивості частинок, знайдених: уточнити масу, визначити ймовірність розпаду через різні канали і т.д. З великим інтересом є пошук інших, нестандартних компонентів моделі, прогнозованих деякими історіями. Тож можливо, що відкриття хігського босона є лише першим кроком в серії фундаментальних відкриттів, які принесуть експерименти на LHC.