N.Nikitin "Vremya iskat' Higgs"
Melodrama pod nazvaniem "Vremya iskat' Higgs"
Gordon Freizer
V proshlom godu v CERNe byl zavershen eksperiment na Bol'shom elektron-pozitronnom kollaidere LEP. Okonchanie eksperimenta okazalos' ves'ma muchitel'nym i sopryazhennym s bol'shimi sporami. Eto svyazano s tem, chto v eksperimente, po vsei vidimosti, byli obnaruzheny sledy dolgozhdannogo bozona Higgsa - edinstvennogo nedostayushego komponenta v sovremennoi kartine fiziki elementarnyh chastic.
"Sezon tumanov i spelyh fruktov", tak napisal angliiskii poet Dzhon Kitc (1795-1821) v svoei shiroko izvestnoi ode "Oseni". Osen' 2000-ogo goda v CERNe prohodila sovershenno inache.
V techenie poslednih mesyacev 2000-go goda "CERN Courier" daval informaciyu ob eksperimental'nyh dostizheniyah na elektron-pozitronnom kollaidere LEP, a imenno o tom, chto energiya uskoritelya dovedena do besprecedentno vysokogo urovnya, ne predusmotrennogo proektom. Eto ob'yasnyalos' tem, chto v preddverii okonchatel'nogo zaversheniya eksperimentov na LEPe byli polucheny nekotorye ves'ma intriguyushie dokazatel'stva sushestvovaniya dolgozhdannogo bozona Higgsa - chasticy, kotoraya kraeugol'nym kamnem lezhit v osnovanii sovremennoi teorii elementarnyh chastic.
Soglasno planu, rabota uskoritelya LEP dolzhna byla zavershit'sya v sentyabre 2000 goda. Odnako ona byla prodlena na shest' nedel' dlya togo, chtoby uvelichit' statistiku sobytii, kotorye mozhno rassmatrivat' kak kandidaty v bozony Higgsa (tak nazyvaemye shest' nedel' "stay of Higgs execution"). Za otvedennoe vremya byli naideny dopolnitel'nye kandidaty v bozony Higgsa, no etogo okazalos' ne dostatochno dlya togo, chtoby utverzhdat' ob otkrytii. V svyazi s tem, chto k tomu vremeni sil'no podzhimali sroki nachala rabot po uskoritelyu LHC (kotoryi dolzhen byt' smontirovan v tom zhe 27-i kilometrovom tonnele, v kotorom nahoditsya LEP), bylo prinyato reshenie o zakrytii LEPa.
Kratkaya predystoriya
27-i kilometrovoe nakopitel'noe kol'co LEP v CERNe pervonachal'no stroilos' s cel'yu provedeniya eksperimentov po precizionnomu izmereniyu parametrov Z-bozona (elektricheski neitral'nogo perenoschika slabogo vzaimodeistviya, otkrytogo na proton-antiprotonnom kollaidere v CERNe v 1983-m godu). Poetomu, kogda LEP nachal rabotu v 1989 godu, elektronnyi i pozitronnyi puchki uskoritelya imeli energiyu okolo 45 GeV kazhdyi (N.N.: napomnim, chto massa Z0-bozona ravna primerno 91 GeV).
Tem ne menee, s samogo nachala LEP prednaznachalsya dlya gorazdo bol'shego, chem prosto izuchenie svoistv Z-bozonov. Eshe do togo, kak proekt uskoritelya byl formal'no odobren v 1981-om godu, v ramkah dolgosrochnoi programmy issledovanii nachalas' razrabotka sverhprovodyashih radiochastotnyh rezonatorov, kotorye byli prizvany uvelichit' energiyu kazhdogo iz puchkov primerno do 100 GeV. Eto davalo vozmozhnost' izuchat' fizicheskie processy daleko ot poroga rozhdeniya $Z$-bozona.
K 1996-mu godu vse neobhodimye tehnologii byli razrabotany i LEP obzavelsya novymi uskoryayushimi rezonatorami. K 1998-mu godu na uskoritel' bylo postavleno 272 rezonatora, chto pozvolilo dovesti energiyu stolknoveniya (to est' summarnuyu energiyu puchkov v sisteme centra mass) do 189 GeV. Takaya energiya bolee chem dostatochna dlya togo, chtoby poluchat' W-bozony, kotorye yavlyayutsya elektricheski zaryazhennymi partnerami Z-bozona (pri elektron-pozitronnyh stolknoveniyah vozmozhno rozhdenie tol'ko par W+W--bozonov).
K nachalu seansa (N.N.: po-angliiski etot termin oboznachaetsya slovom "run", kotoroe davno i prochno voshlo v zhargon otechestvennyh fizikov, odnako pri perevode ya predpochitayu ispol'zovat' bolee ustoyavshiisya termin, kotoryi, vprochem, tozhe otnositsya k zhargonu) 1999-go goda byli ustanovleny 16 dopolnitel'nyh uskoryayushih rezonatorov, chto privelo k uvelicheniyu energii stalkivayushihsya puchkov do 192 GeV. Cuperrezonatory polnost'yu otvechali svoemu nazvaniyu i skoro stali sozdavat' uskoryayushii gradient elektromagnitnogo polya bol'shii, chem pervonachal'no zaplanirovannye 6 MeV/m. V sentyabre 1999-go goda energiya kazhdogo iz stalkivayushihsya puchkov LEPa byla vpervye dovedena do 100 GeV.
V konechnom schete, cel'yu povysheniya energii stalkivayushihsya puchkov yavlyalis'
poiski edinstvennogo nedostayushego zvena Standartnoi Modeli - bozona Higgsa.
Pri pomoshi etoi chasticy realizuetsya narushene fundamental'noi elektroslaboi
simmetrii. Eto privodit k tomu, chto horosho nam izvestnoe iz povsednevnoi
zhizni elektromagnitnoe vzaimodeistvie na pervyi vzglyad absolyutno ne pohozhee na slaboe vzaimodeistvie, tochno tak zhe kak svet vrode by ne imeet
nichego obshego s yadernym 
-raspadom. Imenno tak dumali fiziki na protyazhenii bol'shei chasti XX-go stoletiya, poka ne byla osoznana fundamental'naya svyaz' mezhdu elektromagnitnym i slabym vzaimodeistviyami.
Bozon Higgsa nadelyaet chasticy massami tak, chto perenoschik elektromagnitnogo vzaimodeistviya foton ostaetsya bezmassovym i mozhet peremeshat'sya na kakie ugodno rasstoyaniya, v to vremya kak slaboe vzaimodeistvie peredaetsya pri pomoshi massivnyh chastic, chto ogranichivaet radius etogo vzaimodeistviya sub'yadernymi masshtabami. K sozhaleniyu, elektroslabaya teoriya ne daet odnoznachnyh predskazanii otnositel'no svoistv bozona Higgsa.
Tem ne menee, poiski Higgsa ne yavlyalis' absolyutno besperspektivnymi. Mozhno bylo provesti sovmestnyi analiz vseh parametrov elektroslaboi modeli (N.N.: nekotorye izmerennye na opyte parametry Standartnoi Modeli, takie, naprimer, kak massa t-kvarka ili razlichnye asimmetrii, na urovne odnopetlevyh popravok svyazany s massoi bozona Higgsa). Poskol'ku eti parametry izmeryalis' so vsevozrastayushei tochnost'yu, to oblast', v kotoroi mog pryatat'sya bozon Higgsa postepenno suzhalas'.
Tak v 1999-m godu stalo yasno, chto LEP dostig energii, pri kotoryh s bol'shoi dolei veroyatnosti mozhet byt' otkryt bozon Higgsa. Rabochaya gruppa, sostoyashaya iz predstavitelei chetyreh LEPovskih eksperimentov ALEPHa, DELPHI, L3 i OPALa, s ogromnym entuziazmom vzyalas' za tshatel'noe issledovanie novyh dannyh.
Pri vzaimnoi annigilyacii elektrona i pozitrona bozon Higgsa mozhet rozhdat'sya sovmestno s Z-bozonom. Na podobnuyu vozmozhnost' eshe v 1976-m godu v serii prorocheskih statei obratili vnimanie CERNovskie teoretiki Dzhon Ellis (John Ellis), Mari Gaiar (Mary K Gaillard) i Dimitrii Nanopulos (Dimitry Nanopoulos).
Shekspir pisal: "Sluh est' truba, v kotoruyu duyut dogadka, zavist', predpolozhenie". Osen'yu 1999-go sluhi o vozmozhnom otkrytii bozona Higgsa rasprostranyalis' po koridoram CERNa i v seti Internet. Press-sluzhba CERNa nachala, osobo eto ne afishiruya, sobirat' material dlya ob'yavleniya ob obnaruzhenii bozona Higgsa.
CERNovskie fiziki soobshayut o svoih eksperimental'nyh dostizheniyah na special'nyh sobraniyah. V dannom sluchae eto byli zasedaniya LEP Experiments Committee (N.N.: Angliiskoe LEP Experiments Committee mozhno perevesti kak "Komitet eksperimentov LEPa", no v tekste ya ostavlyu angliiskii variant, poskol'ku upotreblenie russkogo perevoda horosho znakomogo lyubomu fiziku-elementarshiku slovosochetaniya bukval'no rezhet sluh.). Kak pravilo, oni prohodyat neskol'ko raz v god. Sobraniya obychno otkryvayutsya soobsheniyami gruppy, kotoraya otvetstvenna za sostoyanie uskoritelya. Zatem idut doklady predstavitelei kazhdogo iz chetyreh eksperimentov. V etih dokladah soobshaetsya o novyh issledovaniyah i otkrytiyah.
Na sobranie, prohodivshee 9-go noyabrya 1999-go goda, yavilos' osobenno mnogo naroda, chto bylo obuslovleno sluhami otnositel'no vozmozhnogo nablyudeniya bozona Higgsa. Tem ne menee, vopreki ozhidaniyam, nikakih soobshenii ob otkrytii bozona Higgsa predstavleno ne bylo.
 |
 |
 |
 |
| Demontazh detektorov LEPa.
V verhnem ryadu: malen'kii chelovek atakuet giganskii ALEPH (sleva), detektor L3 pered demontazhem (sprava). V nizhnem ryadu: idet demontazh detektorov DELPHY (sleva) i OPAL (sprava). |
|
Higgs gde-to ryadom
LEP nachal 2000-i god s bol'shogo uspeha. Na nekotoryh mednyh rezonatorah staroi konstrukcii udalos' nemnogo podnyat' uskoryayushee napryazhenie, tak chto stalo vozmozhnym dostich' energii 104 GeV na kazhdyi puchok. Ohota na Higgsa vozobnovilas' s novoi siloi.
Obychno suhie i skuchnye otkrytye zasedaniya LEP Experiments Committee preobreli nebyvaluyu populyarnost', tak chto nado bylo prihodit' ochen' rano, chtoby zanyat' horoshee mesto v samoi bol'shoi 500-mestnoi auditorii CERNa. Zasedaniya takzhe translirovalis' po seti, odnako translyacii ne mogli ulovit' sil'noe vozbuzhdenie auditorii (N.N.: istinnaya pravda, kak neposredstvennyi svidetel' teh zasedanii mogu utverzhdat', chto polustatichnaya kartinka s plohim razresheniem, kotoraya shla po vnutrennei internet-translyacii sovershenno ne sposobna peredat' strannoe vnutrennee napryazhenie zala; tak, vidimo, v drevnosti lyudi zhazhdali uvidet' chudo, sotvorennoe na ih glazah shamanom ili prorokom, a ne uvidev, s'edali naglogo samozvanca, obmanuvshego ih luchshie ozhidaniya).
Nesmotrya na novuyu volnu sluhov, i na sobranii v iyule 2000-ogo goda ne posledovalo bolee opredelennyh soobshenii, hotya oblast', v kotoroi mozhno bylo by naiti Higgs, suzilas'. Poetomu LEPovskii seans 2000-ogo goda resheno bylo prodlit' na neskol'ko nedel' do 1-ogo oktyabrya (N.N.: soglasno pervonachal'nomu planu, rabotu LEPa predpolagalos' zavershit' v konce leta 2000-ogo goda).
1-go avgusta na samoi predstavitel'noi mezhdunarodnoi konferencii po fizike vysokih energii v g.Osaka, Yaponiya (N.N.: rech' idet o Rochesterskoi konferencii 2000-go goda) auditoriya zhazhdala uslyshat' ob otkrytii bozona Higgsa. Odnako, Piter Igo-Kemenes (Peter Igo-Kemenes) iz Geidel'berga, kotoryi delal obzornyi doklad o novoi fizike na elektron-pozitronnyh kollaiderah, soobshil tol'ko, chto bozon Higgsa s massoi men'she 113 GeV ne obnaruzhen.
Nesolono hlebavshi, delegaty raz'ehalis' iz Osaki po svoim institutam. Vmeste s nimi raspolzlis' i sluhi o Higgse. 5-go sentyabrya v CERNe sostoyalsya special'nyi seminar, na kotorom Rabochaya gruppa LEPa po poisku bozona Higgsa (LEP Higgs Working Group - N.N.: kak i v sluchae c LEP Experiments Committee, dalee v tekste ya budu ispol'zovat' angliiskoe nazvanie) predstavila itogovyi doklad. Cel'yu etogo doklada yavlyalos' ob'edinenie dannyh po poisku bozona Higgsa so vseh eksperimentov v obshuyu kartinu.
Obshii ton seminara byl zadan pervym dokladom kollaboracii ALEPH. ALEPH soobshil o tom, chto u nih imeyutsya tri sobytiya s kandidatami v bozony Higgsa pri masse 114 GeV, v to vremya kak ozhidaemyi fon pri takoi energii sostavlyaet vsego 0.3 sobytiya. Eto bol'shoi signal, dazhe ochen' bol'shoi. Takim obrazom vpervye bylo predstavleno dokazatel'stvo sushestvovaniya bozona Higgsa. Struktura sobytii, kotorye byli polucheny pri elektron-pozitronnyh stolknoveniyah, sostoyala iz chetyreh adronnyh strui, nosivshih otpechatok sushestvovaniya korotkozhivushih chastic, soderzhashih tyazhelye b-kvarki, kotorye, kak ozhidalos', obrazovalis' pri raspade bozona Higgsa.
Kollaboraciya DELPI takzhe imela dva podobnyh sluchaya. Oba ostavshihsya eksperimenta (N.N.: to est' L3 i OPAL) ne predstavili skol'ko-nibud' yasnyh dokazatel'stv. Nesmotrya na shatkost' i neopredelennost' predstavlennyh rezul'tatov, Kris Talli (Chris Tulli) iz LEP Higgs Working Group smog utverzhdat', chto "bozon Higgsa poyavilsya na gorizonte". Eto vyskazyvanie bylo nemedlenno podhvacheno sredstvami massovoi informacii. LEPu reshili vydelit' dopolnitel'noe vremya dlya utochneniya predstavlennyh rezul'tatov, prodliv seans raboty uskoritelya do 2-go noyabrya.
 |
 |
|
Sobytiya s kandidatami v bozony Higgsa.
Odno iz chetyrehstruinyh sobytii ALEPH-a (sleva) i sobytie s poteryannoi energiei na L3 (sprava). Dlya chetyrehstruinogo sobytiya para krasnoi i zheltoi strui sootvetstvuyut raspadu bozona Higgsa na $b\bar b$, a para sinei i zelenoi sootvetstvuet rasspadu Z0 na kvark-antikvarkovuyu paru. |
|
V pogone za otkrytiem
Sleduyushei arenoi dlya predstavleniya rezul'tatov poiska bozona Higgsa stal oficial'nyi prazdnik LEPa, kotoryi prohodil s 9-go po 11-e oktyabrya i iznachal'no dolzhen byl byt' priurochen k okonchaniyu 11-letnei raboty uskoritelya. Parallel'no prazdnovaniyu prohodilo sobranie LEP Experiments Committee. Nesmotrya na to, chto za proshedshii mesyac byla nabrana dopolnitel'naya statistika, situaciya prakticheski ne izmenilas'. Kollaboracii L3 i OPAL soobshili o tom, chto oni ne dobilis' uspeha kak v poiskah bozona Higgsa v kanale s chetyr'mya adronnymi struyami, tak i v drugih kanalah.
 |
 |
| Na verhnem risunke: "Deistvitel'no li na LEPe nablyudayut rozhdenie bozona Higgsa?". Predstavleny ozhidaemye po rezul'tatam komp'yuternogo modelirovaniya signal'nye (sinii cvet) i fonovye (zheltyi cvet) sobytiya. Chernye tochki - eksperimental'nye dannye. Po osi absciss otlozhen desyatichnyi logarifm udesyaterennogo otnosheniya signala k fonu (s/b). Po osi ordinat - sootvetstvuyushie chisla sobytii. Vidno, chto poluchennye na eksperimente sobytiya luchshe sootvetstvuyut krivoi signala, chem krivoi fona. Na foto vnizu: nachalo demontazha elektron-pozitronnogo kollaidera LEP. |
Po proshestvii shesti dopolnitel'nyh nedel' raboty LEPa, 3-go noyabrya 2000-go goda sostoyalos' ocherednoe sobranie LEP Experiments Committee, kotoroe bylo gorazdo bolee napryazhennym, chem predydushie. ALEPH predstavil tri staryh chetyrehstruinyh sobytiya, no ni odnogo iz novyh dannyh, chto privelo iznachal'no bol'shoi signal k bolee ozhidaemoi velichine.
Posle pereobrabotki dannyh s novymi kalibrovkami trekov sobytiya kollaboracii DELPHI prakticheski ischezli. Odnako kollaboraciya L3 predstavila odnogo kandidata v bozony Higgsa v kanale s dvumya adronnymi struyami i poteryannoi energiei, kotoraya, vozmozhno, sootvetstvuet dvum neitrino. OPAL zhe vyalo prodemonstriroval neskol'ko ne ochen' nadezhnyh kandidatov v bozony Higgsa v chetyrehstruinom kanale. Ot imeni LEP Higgs Working Group Piter Igo-Kemenes predstavil neskol'ko ubeditel'nyh ob'yasnenii etim putanym dokazatel'stvam.
Kak by kompensiruya slabye nauchnye rezul'taty, vzmetnulsya moshnyi potok spekulyacii vokrug otkrytiya bozona Higgsa.
Poskol'ku vse CERNovskie uskoriteli ne rabotayut v zimnii period (N.N.: zimoi v Evrope sil'no povyshaetsya plata za elektroenergiyu, a byutzhet CERNa hot' i ogromen, no ne bezgranichen, tak chto zima v CERNe - eto vremya zatish'ya, a leto, naprotiv, zharkaya rabochaya pora; vse ne kak u nas!), to kollaboracii LEPa s entuziazmom stali protalkivat' ideyu prodolzheniya seansa raboty uskoritelya v 2001-om godu za schet perenosa srokov stroitel'stva adronnogo kollaidera novogo pokoleniya LHC na bolee otdalennoe vremya.
Odnovremenno kollaboraciya L3 provela v CERNe miniseminar, na kotorom vystupil Kris Talli iz Prinstona, odin iz aktivneishih uchastnikov ostroi konfrontacii mezhdu gruppoi, ratovavshei za prodolzhenie raboty LEPa, i CERNovskim rukovodstvom, kotoroe, posle soveshanii s konsul'tativnymi komitetami (advisory committees), nastaivalo na tom, chtoby vse sily CERNa byli skoncentrirovany na stroitel'stve LHC.
V celom, mozhno skazat', chto dannye dopolnitel'nyh shesti nedel' raboty LEPa neznachitel'no uvelichili dostovernost' obnaruzheniya bozona Higgsa. Riskuya isportit' svoyu reputaciyu, kollaboracii ALEPH i L3 predstavili dlya publikacii stat'i s soobsheniyami o vozmozhnom obnaruzhenii bozona Higgsa (stat'i opublikovany v Physics Letters B495, p.1-17 i Physics Letters B495, p.18-25 sootvetstvenno).
Vopreki nastoichivomu, dazhe bespardonnomu davleniyu s cel'yu obespechit' prodolzhenie raboty uskoritelya LEP v 2001-om godu i pridya k soglasheniyu so vsemi vazhneishimi nauchnymi strukturami CERNa - LEP Experiments Committee, Research Board (Sovetom po nauchnym issledovaniyam) i Scientific Policy Committee (Komitetom po nauchnoi politike) - Vysshii sovet CERNa (CERN's governing council) prinyal reshenie udovletvorit' pros'bu rukovodstva CERNa o zakrytii uskoritelya LEP i koncentracii vseh usilii na stroitel'stve novogo kollaidera LHC dlya dostizheniya naibol'shego progressa v oblasti obnaruzheniya bozona Higgsa. Takim obrazom, so 2-go noyabrya LEP byl okonchatel'no ostanovlen.
Pravil'nym li bylo reshenie ob obespechenii "zelenoi ulicy" dlya stroitel'stva LHC i ostanovke LEPa, vozmozhno, v shage ot otkrytiya bozona Higgsa? Tol'ko budushee mozhet dat' otvet na etot vopros.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
CERN - CERN - Higgsovskii bozon
Publikacii so slovami: CERN - CERN - Higgsovskii bozon | |
|
Sm. takzhe:
| |
