Astronet > Vremya iskat' Higgs

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

N.Nikitin "Vremya iskat' Higgs"

Posleslovie perevodchika

Stat'ya Gordona Freizera nuzhdaetsya ne tol'ko v predislovii, no i nekotorom posleslovii. Neobhodimo kratko rasskazat' chitatelyam, chto zhe proizoshlo novogo v voprose o vozmozhnom otkrytii bozona Higgsa posle 3-go noyabrya 2000-go goda.

Situaciya s obnaruzheniem bozona Higgsa na 3-e noyabrya 2000-go goda byla sleduyushaya. Ustanovlena nizhnyaya granica na massu bozona Higgsa $M_H\, >$ 113.5 GeV. Pomimo etogo u dvuh eksperimental'nyh grupp ALEPH i L3 imeetsya ryad kandidatov v bozony Higgsa, dannye o kotoryh predstavleny v tablice.

Svodnaya tablica chisla ozhidaemyh fonovyh sobytii, ozhidaemyh signal'nyh soobytii i real'no izmerennyh kandidatov v bozony Higgsa
po trem issleduemym kanalam na 3 noyabrya 2000-go goda.

Kanaly	Fon	Signal	Chislo kandidatov	Stat. znachimost'	Eksperiment
chetyre strui	0.93	1.60	3	$3.4\,\sigma$	ALEPH
poteryannaya energiya	0.30	0.46	1	$1.7\,\sigma$	L3
leptony	0.35	0.68	0	-	-

Iz tablicy vidno chto, byli zaregistrirovany chetyre sobytiya, pri ozhidaemom fone vsego 1.58 sobytiya. To est' bolee chem dvuhkratnoe prevyshenie signala nad ozhidaemym po rezul'tatam komp'yuternogo modelirovaniya fonom, chto s uchetom dopolnitel'nogo i ne rassmatrivaemogo v dannoi zametke kanala raspada bozona Higgsa na $\tau^+\tau^-$ -paru daet prevyshenie signala nad fonom v 2.9 standartnyh otkloneniya (tak nazyvaemye 2.9 $\sigma$ , gde $\sigma$ oboznachaet odno standartnoe otklonenie). Zametim, chto esli by otklonenie privyshalo 3 $\sigma$ , to po pravilam LEPa mozhno bylo by govorit' ob eksperimental'nom nablyudenii bozona Higgsa, a esli by dannoe otklonenie prevyshalo 5 $\sigma$ , to rech' mogla by idti ob otkrytii bozona Higgsa na LEPe. Odnako, kak vidno iz privedennyh vyshe dannyh, statistiki okazalos' nedostatochno dazhe dlya zayavleniya o nablyudenii bozona Higgsa.

Tut mozhno vspomnit' otnositel'no nedavnii analogichnyi sluchai, kogda pervonachal'no mnogoobeshayushie rezul'taty na urovne chut' menee 3 $\sigma$ posle nabora dopolnitel'noi statistiki blagopoluchno rasseyalis'. Let pyat' nazad popolzli sluhi ob otkrytii v DESY (nauchno-issledovatel'skii uskoritel'nyi centr, raspolozhennyi v Gamburge, Germaniya) leptokvarkov - gipoteticheskih tyazhelyh chastic, imeyushih odnovremenno svoistva kak leptonov, tak i kvarkov. Srazu posypalsya grad teoreticheskih rabot, pytavshihsya na osnove skudnyh predvaritel'nyh eksperimental'nyh dannyh opredelit' osnovnye harakteristiki leptokvarkov i dat' predskazaniya otnositel'no vozmozhnosti nablyudeniya etih gipoteticheskih chastic na drugih uskoritelyah. Togda tozhe bylo poryadka pyati kandidatov v leptokvarki, i signal ot nih sushestvenno prevyshal ozhidaemyi fon. No proshlo neskol'ko let, byla sobrana novaya statistika, dopolnitel'nyh sobytii s leptokvarkami ne obnaruzhili, a "signal ot leptokvarkov" blogopoluchno poglotilsya fonom. Leptokvarkovyi bum soshel na net.

Krome togo, stoit zametit', chto u mnogih v CERNe legitimnost' obnarodovannyh sobytii s kandidatami v bozony Higgsa vyzyvayut celyi ryad voprosov. Tak mne rasskazyvali (vot oni, te samye sluhi, kotorye tak chasto pominaet v svoei stat'e Gordon Freizer!), chto sobytie s poteryannoi energiei, kotoroe bylo naideno kollaboraciei L3 i predstavleno na noyabr'skom zasedanii LEP Experiments Committee, vposledstvii ne podtverdilos' pri bolee korrektnoi i slozhnoi procedure obrabotki eksperimental'nyh dannyh. No etot otricatel'nyi rezul'tat, chto nazyvaetsya, zamyali.

Za proshedshee s noyabrya 2000-go goda vremya situaciya s vozmozhnym obnaruzheniem bozona Higgsa na LEPe tol'ko uhudshilas'. Na iyul' 2001 goda nizhnyaya eksperimental'naya granica na massu bozona Higgsa vozrosla s 113.5 GeV do 114.4 GeV. Naibolee veroyatnoe znachenie dlya massy Higgsa sostavlyaet $M_H=115.6$ GeV, odnako prevyshenie signala nad fonom upalo vsego do 2 $\sigma$ . Eto prezhde vsego svyazano s umen'sheniem pochti v dva raza ozhidaemogo prevysheniya signala nad fonom dlya sobytiya s "poteryannoi energiei", kotoroe bylo predstavlenno kollaboraciei L3, posle provedeniya bolee korrektnoi procedury vydeleniya bozona Higgsa. U ALEPHa prevyshenie signala nad fonom dlya treh chetyrehstruinyh sobytii posle pereobrabotki tozhe snizilos', no vsego na 10%.

Na moi vzglyad privedennye vyshe novye dannye odnoznachno svidetel'stvuyut, chto nablyudenie bozona Higgsa na LEPe bylo mirazhom, vyzvannym bol'shim zhelaniem vo chtoby to ni stalo eksperimental'no obnaruzhit' tak dolgo neulovimuyu, no chrezvychaino vazhnuyu dlya postroeniya stroinoi koncepcii fiziki mikromira chasticu Higgsa. Dazhe otnositel'no nedavnyaya istoriya nauki znaet mnozhestvo analogichnyh primerov. O leptokvarkah govorilos' vyshe. Krome etogo, neskol'ko raz eksperimentatory "otkryvali" legkii t-kvark s massoi poryadka 10-40 GeV i "izmeryali" massu neitrino bol'shuyu, chem 15 eV. No po proshestvii nekotorogo vremeni situaciya vozvrashalas' na krugi svoya, a gromoglasnye sensacionnye otkrytiya prevrashalis' v tihie zakrytiya.

Naibolee adekvatno situaciya s vozmozhnym otkrytiem bozona Higgsa na LEPe otrazhena v shutochnom risunke odnogo iz sotrudnikov kollaboracii ALEPH Klausa Grupena (Claus Grupen). No, kak izvestno, v kazhdoi shutke est' dolya pravdy.

Vy schitaete eto dokazatel'stvom sushestvovaniya bozona Higgsa?
Nesomnenno! Kak sleduet iz privedennogo grafika, bozon Higgsa imeet nulevoe vremya zhizni i beskonechno bol'shuyu shirinu raspada.

Esli na LEPe bozon Higgsa otkryt' ne smogli, to na kakih drugih ustanovkah i kogda sleduet ozhidat' otkrytiya neulovimogo Higgsa? Bez vsyakih somnenii, esli bozon Higgsa sushestvuet v prirode, to ego dolzhny otkryt' na LHC v CERNe. Odnako Bol'shoi adronnyi kollaider vstupit v stroi ne rannee, chem v konce 2006-go goda, a pervye real'nye rezul'taty poidut eshe pozdnee.

Opredelennyi shans otkryt' chasticu Higgsa, esli ona libo dostatochno legkaya, to est' ee massa ne bolee 120 GeV, libo dostatochno tyazhelaya, to est' tyazhelee primerno 170 GeV, poyavlyaetsya u proton-antiprotonnogo uskoritelya Tevatron (FNAL, SShA), na kotorom 1-go marta 2001-go goda nachalsya novyi seans nabora dannyh (Run II). Seans prodlitsya pyat' let. Kak zayavil odin iz rukovoditelei kollaboracii CDF (The Collider Detector at Fermilab - eta kollaboraciya vmeste s kollaboraciei D0 registriruet i obrabatyvaet dannye ot stolknovenii protonov i antiprotonov na kollaidere Tevatron pri energii soudareniya chut' men'she 2 TeV) Franko Bedeski (Franco Bedeschi), esli predskazaniya fizikov LEPa verny i bozon Higgsa deistvitel'no imeet massu okolo 115 GeV, to k koncu seansa na Tevatron-e mozhet byt' polucheno do 3000 kandidatov v bozony Higgsa. Pravda poka nabor dannyh po nastoyashemu eshe ne nachalsya. Vplot' do sentyabrya 2001-go goda idet naladochnaya i kalibrovochnaya rabota, kotoraya yavlyaetsya standartnoi podgotovkoi k provedeniyu dlitel'nogo seansa na lyubom sovremennom uskoritele.

Pri napisanii predisloviya i poslesloviya ispol'zovalis' materialy zhurnala "CERN Courier" i doklady LEP Higgs Working Group, opublikovannye v elektronnyh bazah dannyh po fizike vysokih energii v Internet. Dlya zainteresovannyh chitatelei vozmozhno rekomendovat' zametku:
P.Teixeira-Dias "The SM Higgs Boson Search at LEP: Combined Results", hep-ex/0108002,
v kotoroi soderzhatsya samye poslednie dannye i ssylki na vazhneishie predydushie soobsheniya.

Zadachi o bozone Higgsa.

V zaklyuchenie kazhetsya umestnym privesti neskol'ko zadach, kotorye mogut okazat'sya polezny studentam fizicheskih VUZov dlya luchshego ponimaniya kruga voprosov, svyazannyh s bozonom Higgsa. Vozmozhno, eti zadachi okazhutsya polezny i prepodavatelyam, osobenno pri chtenii kursov obshei fiziki i fiziki elementarnyh chastic.

Zaranee stoit predupredit', chto otvety na bol'shuyu chast' zadach NE soderzhatsya v tekste stat'i, no v rekomenduemoi vyshe literature eti otvety libo ukazaniya na nih mozhno naiti.

Kakim obrazom mozhno eksperimental'no dokazat', chto bozon Higgsa yavlyaetsya skalyarom, to est' opredelit' spin chasticy Higgsa i ee prostranstvennuyu chetnost'?
Pri kakih usloviyah bozon Higgsa mozhet neposredstvenno vzaimodeistvovat' s neitrino?
Naiti porog reakcii $e^+e^-\to\, Z^0 H$ . Opredelit' maksimal'nuyu massu bozona Higgsa, kotoruyu eshe mozhno bylo by poluchit' na LEPe, esli maksimal'naya energiya stalkivayushihsya puchkov v sisteme centra mass leptonnoi pary sostavlyaet E=209 GeV? Chem obuslovleno razlichie poluchennogo vami rezul'tata i eksperimental'nogo ogranicheniya na minimal'no vozmozhnuyu massu bozona Higgsa: $M_H\, >$ 114.4 GeV na 95% urovne dostovernosti?
Porog gipoteticheskoi reakcii $e^+e^-\to\gamma\to\gamma\, H$ raven tochno masse bozona Higgsa. Pochemu eta reakciya ne mozhet byt' ispol'zovana dlya polucheniya bozona Higgsa na LEPe?
Foton ne imeet massy, sledovatel'no bozon Higgsa ne mozhet vzaimodeistvovat' s fotonom napryamuyu (ne v etom li reshenie predydushei zadachi i tol'ko li v etom?). Pochemu zhe togda vo mnogih eksperimentah neitral'nyi bozon Higgsa predpolagayut iskat' po raspadu na dva fotona?
Narisuite feinmanovskie diagrammy, otvechayushie dannomu raspadu, ocenite shirinu raspada.
Foton - perenoschik elektromagnitnogo vzaimodeistviya, a potomu on obyazan vzaimodeistvovat' so vsemi zaryazhennymi chasticami. Vo mnogih rasshireniyah SM v dopolnenie k neitral'nomu neizbezhno poyavlyayutsya zaryazhennye bozony Higgsa. Takim obrazom foton neprimenno obyazan vzaimodeistvovat' s zaryazhennymi bozonami Higgsa. S drugoi storony izvestno, chto vzaimodeistvie chastic s bozonom Higgsa sozdaet massu chastic. No foton ne imeet massy. Kak razreshit' poluchivsheesya protivorechie?
Ocenit' po poryadku velichiny otnosheniya sechenii reakcii $e^+e^-\to Z^0\to Z^0\, H$ i $e^+e^-\to\nu_e\bar\nu_e W^+W^-\to\nu_e\bar\nu_e H$ pri energiyah LEPa.
S kakoi chasticei bozon Higgsa vzaimodeistvuet sil'nee: s polozhitel'no zaryazhennym protonom, massa kotorogo chut' men'she 1 GeV-a, ili s otricatel'no zaryazhennym myuonom, massa kotorogo neskol'ko bol'she 105 MeV?

Primechanie. Zadacha sovsem ne tak nelepa, kak eto mozhet pokazat'sya na pervyi vzglyad.

Nazad

N.Nikitin

Publikacii s klyuchevymi slovami: CERN - CERN - Higgsovskii bozon Publikacii so slovami: CERN - CERN - Higgsovskii bozon
Sm. takzhe: Namek na bozon Higgsa ot Bol'shogo Adronnogo Kollaidera Rassvet Bol'shogo Adronnogo kollaidera Formula Einshteina Slishkom tyazhelyi Higgs

Mneniya chitatelei [8]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce