По следам бозона
Столкновение протонов и порожденный им бозон Хиггса, распавшийся на пару Z-бозонов. 3D-иллюстрация CERN

Столкновение протонов и порожденный им бозон Хиггса, распавшийся на пару Z-бозонов. 3D-иллюстрация CERN

Физики впервые зафиксировали превращение «частицы бога» в реальную материю

Международный коллектив физиков из научной коллаборации CMS впервые смог увидеть, как происходит новый тип распада бозона Хиггса, в ходе которого знаменитая «частица бога» превращается в настоящую материю — в тау-лептоны и пару так называемых b-кварков. Открытие еще раз подтвердило существование бозона Хиггса и сузило круг возможных конкурентов Стандартной модели физики, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

«Это открытие стало для нас большим шагом вперед. Теперь мы знаем, что частица Хиггса может распадаться и на бозоны, и на фермионы (протоны, нейтроны, электроны и другие составные части видимой и темной материи). Это означает, что мы можем вычеркнуть теории, которые предсказывали, что бозон Хиггса не связан с фермионами», — пояснил Винченцо Кьокья из университета Цюриха (Швейцария).

Он и сотни его коллег из различных исследовательских организаций со всего мира, в том числе десятки физиков из России, в течение двух с половиной лет наблюдали за распадом и формированием бесчисленного множества элементарных частиц внутри Большого адронного коллайдера (БАК).

Строительство БАК началось в 1998 году. Организатор проекта — Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) — рассчитывала найти или доказать невозможность существования бозона Хиггса — особой частицы, необходимой для объяснения того, почему все объекты во Вселенной обладают собственной массой. Существование «частицы бога», как ее называют сегодня, было предсказано британским физиком Питером Хиггсом, бельгийцем Франсуа Энглером и другими физиками еще в 1964 году.

По теории Хиггса, Вселенную пронизывает особое поле, с которым взаимодействуют все существующие элементарные частицы: чем сильнее они сцепляются с полем, тем выше будет их масса. Если это поле существует, то должны и существовать и бозоны Хиггса — особые частицы, отвечающие за его взаимодействие с протонами, электронами и другими проявлениями видимой и темной материи. Как и другие бозоны, кроме фотона, «частица бога» распадается очень быстро — она живет в среднем 0,1 зептосекунды (триллионных долей наносекунды). Из-за этого ученым пришлось искать не сам бозон Хиггса, а следы его распада в коллайдере.

Если следовать Стандартной модели физики, бозон Хиггса может распадаться двумя способами: превращаться либо в другие бозоны (фотоны и Z-бозоны), либо в фермионы (тау-лептоны и b-кварки). Летом 2012 года физикам удалось найти следы распада бозона Хиггса по первому сценарию и вычислить его массу — 125 гигаэлектронвольт, которая оказалась очень близкой к ожидаемой.

В последующие месяцы работы БАК, до остановки его работы из-за планируемой модернизации в марте 2013 года, ученые искали следы второго типа распада, чего не удавалось сделать почти два года. За это время некоторые исследователи начали сомневаться в том, что предсказания Стандартной модели о поведении «частицы бога» верны. Опасения коллег развеяли члены коллаборации CMS, научившиеся отделять следы распада бозонов Хиггса на фермионы от мусорных данных.

В коллайдере присутствует огромное количество фермионов, возникающих в результате процессов, не связанных с распадом бозона Хиггса. Так, ученым мешали Z-бозоны, распадающиеся на те же самые тау-лептоны. Физикам пришлось объединить данные по формированию этих частиц, за которыми следят разные детекторы БАК, при помощи алгоритмов статистического анализа на базе нейросетей, разработанных в ЦЕРН специально для решения этой задачи.

Кьокье и его коллегам удалось удалить почти весь статистический шум и найти следы распада бозонов Хиггса на тау-лептоны и пары b-кварков. Достоверность этого открытия (крайне важный параметр для физиков) составляет 3,8 сигма. Это означает, что вероятность «ложного срабатывания» составляет 1 к 14 тысячам. По негласным правилам ядерной физики, ученым нужно дотянуть до планки в пять сигма для того, чтобы говорить о своем открытии как о свершившемся факте.

Как отмечает Дэвид Чарльтон, участник коллаборации ATLAS, главного конкурента CMS, авторам статьи вряд ли удастся улучшить статистическую достоверность до завершения модернизации и перезапуска Большого адронного коллайдера в 2014 году. Тем не менее даже 3,8 сигма достаточно для того, чтобы говорить о том, что обнаруженная летом 2012 года частица ведет себя так, как предсказывает Стандартная модель физики. Это позволяет утверждать, что ученые из CMS и ATLAS действительно открыли бозон Хиггса, а не частицу, лишь частично похожую на него.

Машина для убийства дала результат Далее в рубрике Машина для убийства дала результатАмериканская система ПРО стоимостью более $40 миллиардов впервые за шесть лет благополучно прошла испытания Читайте в рубрике «Наука и технологии» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»

Комментарии

24 июня 2014, 09:22
Хороший способ заснуть - представить бескрайние стада бозонов, и Питера Хиггса, рассеянно погоняющего их коллайдером...
24 июня 2014, 11:36
тема з бозоном кстати поутихла, надоело народу читать и ничего не понимать из прочитанного)
24 июня 2014, 11:53
Помнится перед запуском БАК в интернете муссировалась тема, что, дескать, выделившаяся при столкновении частиц антиматерия запустит цепную реакцию, которая приведет к тому, что вся наша планета провалится в черную дыру. Даже наглядные ролики кочевали по Ютьюбу, очень жуткое зрелище того, как Земля проваливается сама в себя. Слава Богу, этого не произошло)
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Читайте самое важное в вашей ленте
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»