Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Новости LHC
Мониторы LHC
Результаты, полученные на LHC
LHC в работе
Устройство и задачи LHC
Физика элементарных частиц
Галерея
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Архив журнала «Химия и жизнь» за 40 лет!

На 4 CD или 1 DVD





Главная / LHC / Новости LHC / Хиггсовский бозон

Новости Большого адронного коллайдера

Новости LHC по рубрикам: Детектор ATLAS - Детектор CMS - Детектор ALICE - Детектор LHCb - Прочие эксперименты на LHC - Результаты Тэватрона - Запуск и работа LHC - Технические аспекты LHC - Планы на будущее - Модернизация LHC - Ускорительные и детекторные технологии - Хиггсовский бозон - Суперсимметрия - Проверка Стандартной модели - Поиск Новой физики - Ядерные столкновения - Свойства адронов - Конференции и доклады - Обзоры - Ссылки - Методы обработки данных - LHC в СМИ - ЦЕРН - Образовательные проекты - Персоналии


Опубликованы окончательные результаты по хиггсовскому бозону в сеансе Run 1

Контуры областей значений констант связи бозона Хиггса с фермионами и бозонами

За прошедшие несколько лет ATLAS и CMS опубликовали уже свыше сотни статей, посвященных физике бозона Хиггса. Почти все они содержали результаты каждого из этих двух экспериментов по отдельности. Но физикам важен и суммарный результат, поэтому в прошлом году стартовала работа по объединению данных двух групп. На днях эта длительная процедура была завершена: опубликован подробный отчет.


Улучшено ограничение сверху на ширину бозона Хиггса

Хиггсовский бозон — нестабильная частица. Он распадается, а значит, обладает неопределенностью массы, которую называют шириной. Ширина стандартного хиггсовского бозона вычисляется теоретически, и для измеренной массы 125 ГэВ она равна примерно 4,1 МэВ. Если бы детектор измерял энергии абсолютно точно, он бы увидел хиггсовский бозон в виде узкого пика такой ширины. Однако погрешность измерений энергии на LHC в сотни раз больше. Поэтому измерить ширину напрямую, через профиль хиггсовского резонанса, нереально.

Однако несколько лет назад был предложен и затем реализован новый, косвенный, метод измерения ширины (см. подробности в новости Новый метод позволил наложить рекордное ограничение на время жизни хиггсовского бозона). Этот метод опирается на сравнение интенсивности рождения ZZ-пары прямо на хиггсовском резонансе и вдалеке от резонанса, при больших инвариантных массах. Пусть он не смог пока измерить ширину, но, к удивлению многих, он сразу позволил установить ограничение сверху в 22 МэВ, то есть всего в пять раз больше предсказаний СМ.

Недавно коллаборация CMS выполнила аналогичный анализ, но уже с WW-парами. Оказалось, что метод работает и для этих частиц, и, что удивительно, здесь тоже было получено существенно лучшее ограничение, чем изначально ожидалось.

Объединение результатов всех методик позволило установить новое ограничение сверху на ширину бозона Хиггса: 13 МэВ на уровне достоверности 95%. Это всего втрое больше ожидаемой ширины. Таким образом, с дальнейшим накоплением статистики есть шанс начать чувствовать эту величину. Если это удастся, физики смогут проверить, не распадается ли бозон Хиггса на какие-то невидимые для детекторов частицы.


Распад бозона Хиггса на мюон и тау-лептон не находит подтверждения в новых данных

Загадки LHC. Распад бозона Хиггса на мюон и тау

В прошлом году коллаборация CMS сообщила о том, что в данных коллайдера проступают намеки на распад бозона Хиггса, невозможный в Стандартной модели. Это распад на два лептона разного типа — мюон и тау; в рамках Стандартной модели таких несимметричных распадов быть не может. На основании результатов анализа CMS оценила вероятность такого распада бозона Хиггса на уровне чуть меньше процента, и она отличалась от нулевой гипотезы на 2,6 стандартных отклонения. Это отклонение от фона вызвало заметный отклик у теоретиков, которые начали предлагать разные модели с объяснением этого распада.

Второй крупный эксперимент, ATLAS, пришел к менее определенным выводам. Коллаборация тогда обработала только часть статистики — с адронным распадом тау-лептона — и получила результат, который из-за своих погрешностей не противоречил ни CMS, ни нулевой гипотезе. Подробности о ситуации с этим распадом по состоянию на конец прошлого года см. на отдельной страничке Распад бозона Хиггса на мюон и тау.

Месяц назад коллаборация ATLAS завершила вторую половину этого анализа (см. Search for lepton-flavour-violating decays of the Higgs and Z bosons with the ATLAS detector). Она обработала данные прошлого сеанса работы коллайдера Run 1 по рождению мюона и тау, а также электрона и тау, при котором тау распадался не адронным, а лептонным образом. При этом, так же как и в работе CMS, учитывалось, что рождение этих частиц могло сопровождаться адронными струями.

Новый анализ не подтверждает никакого отклонения от фона. Объединенный результат ATLAS по всем изученным каналам дает вероятность этого распада (0,53±0,51)%. Иными словами, нет никаких оснований считать, что ATLAS видит этот распад.

На прошедшей на днях конференции Higgs Tasting Workshop 2016 были представлены самые первые результаты по поиску этого распада в данных сеанса Run 2, набранных в 2015 году. Подробный доклад с обзором ситуации и результатами можно найти на сайте конференции. Поскольку в 2015 году объем накопленной статистики был невелик, никто не ожидал каких-то серьезных изменений ситуации. Однако результаты оказались даже чуть более пессимистическими, чем ожидалось. Новые данные CMS показывают статистическую флуктуацию вниз, и если их объединить с результатами Run 1, то общая статистическая значимость отклонения слегка снизится.

Разумеется, пока слишком рано говорить о том, что обнаружившаяся в прошлом году аномалия закрыта, но энтузиазма у теоретиков она уже вызывает меньше. Существенного обновления результатов следует ожидать ближе к концу нынешнего года.


ATLAS обновил данные по топ-антитоп-хиггс отклонению

Загадки LHC. Комбинация топ-антитоп-хиггс

Один из процессов, который вызывает у физиков умеренный интерес по результатам сеанса LHC Run 1 — это реакция одновременного рождения хиггсовского бозона и топ-кварк-антикварковой пары. Это довольно редкий процесс. Изначально вообще предполагалось, что в сеансе Run 1 коллайдеру не хватит для него чувствительности. Однако какие-то намеки на него, к удивлению физиков, стали проступать. Измеренное сечение этого процесса оказалось раза в 2–3 больше, чем предсказывается Стандартной моделью, но из-за малого числа событий и больших погрешностей статистическая значимость расхождения составила скромные 2,3σ. Более подробное описание процесса см. на отдельной странице Комбинация топ-антитоп-хиггс.

Основной вклад в это расхождение теории с экспериментом вносит детектор CMS. Его «напарник», ATLAS, тоже представил в 2015 году свои данные, но ситуацию они не прояснили. Тогда, по данным ATLAS, сечение этого процесса по отношению к предсказаниям СМ составило 1,5±1,1. Это число, из-за своих больших погрешностей, не противоречит ни CMS (2,8±1,0), ни Стандартной модели (ровно единица).

Недавно коллаборация ATLAS обновила свой анализ (см. статью arXiv:1604.03812). Это все те же данные Run 1, но только сейчас в них была добавлена еще одна подкатегория событий — с полностью адронным распадом топ-кварков. Общий результат ATLAS касательно рождения этой комбинации: 1,7±0,8. Отличие от единицы по-прежнему несущественно, поэтому можно сказать, что отклонение сохранило свой статус-кво.


Коллайдер не видит «двуххиггсовских» тяжелых резонансов

Рождение в одном протонном столкновении сразу двух хиггсовских бозонов — очень редкий, но крайне интересный для изучения процесс; краткое введение в курс дела можно найти в нашей новости Одновременное рождение двух хиггсовских бозонов тоже полезно изучать на LHC. Этот процесс может идти и в Стандартной модели, правда с очень небольшим сечением, и потому коллайдер этот процесс еще не зарегистрировал. Но есть модели Новой физики, в которых новые тяжелые частицы распадаются именно на пары бозонов Хиггса, а значит, в этом случае парное рождение должно продемонстрировать неожиданный резонанс при больших инвариантных массах. К тому же, еще на слуху недавние сообщения ATLAS и CMS о любопытном двухбозонном сигнале в районе 2 ТэВ, что дополнительно подогревало интерес.

В недавней статье Search for heavy resonances decaying to two Higgs bosons in final states containing four b quarks коллаборация CMS отчиталась о поиске этого процесса в данных сеанса Run 1. Два хиггсовских бозона предполагалось увидеть с помощью самого вероятного канала их распада — на b-кварковые пары. Для поисков была выбрана область инвариантных масс выше 1 ТэВ. В рамках чистой Стандартной модели парное рождение с такой большой инвариантной массой было бы исключительно редким процессом, лежащим далеко за пределами чувствительности коллайдера. И поэтому если коллайдер его заметит, значит какой-то эффект — например, новая частица, — его резко усиливает.

К сожалению, поиск не выдал никакого отклонения от фона. Были установлены новые ограничения сверху на сечение рождения новой гипотетической частицы с распадом на два бозона Хиггса, которые теперь должны будут учитывать теоретики при построении новых моделей двухбозонных резонансов.


28.12.2015 | Комментарии (21)

ATLAS видит отклонение, напоминающее заряженный бозон Хиггса

Ограничение сверху на сечение процесса, полученное в эксперименте ATLAS
Загадки LHC. Заряженный бозон Хиггса

Хотя «основной» бозон Хиггса был открыт три года назад, физики продолжают искать дополнительные хиггсовские бозоны, в том числе и экзотические, — например, заряженные. На днях коллаборация ATLAS выпустила статью, в которой описано возникшее в изученной статистике отклонение от Стандартной модели. Однако если учесть, что CMS в аналогичном поиске сигнала не видит, к этому результату пока нужно относиться настороженно.


02.09.2015 | Комментарии (24)

Представлены объединенные результаты CMS и ATLAS по хиггсовскому бозону

Результаты измерения массы бозона Хиггса в двух разных каналах двумя разными экспериментами
Загадки LHC. Комбинация топ-антитоп-хиггс

На проходящей в эти дни в Санкт-Петербурге Третьей Международной конференции по физике на Большом адронном коллайдере LHCP2015 были впервые обнародованы совместные результаты ATLAS и CMS по свойствам хиггсовского бозона. Объединенные данные указывают на хоть сколько-нибудь заметные отклонения от предсказаний Стандартной модели только в одном канале рождения.


24.08.2015

ATLAS не прояснил ситуацию с распадом бозона Хиггса на мюон и тау-лептон

Загадки LHC. Распад бозона Хиггса на мюон и тау

Полгода назад коллаборация CMS огорошила физиков неожиданным наблюдением распада бозона Хиггса на мюон и тау-лептон, невозможного в Стандартной модели. Вероятность этого распада получилась чуть меньше одного процента, но статистическая значимость результаты была невелика — всего 2,4σ. Тем не менее теоретики с радостью взяли это сообщение на заметку и начали описывать его в рамках различных теоретических моделей с неминимальным хиггсовским сектором.

Разумеется, всех интересовало, что по этому поводу скажет другой многоцелевой детектор коллайдера, ATLAS. На днях эта группа наконец-то опубликовала свои результаты. Надо сказать, что этот распад не слишком «чистый», его следы приходится выцарапывать из довольно большого фона с помощью многоступенчатого отсева. Сравнение количества событий, прошедших этот отбор, с результатами моделирования показало некоторый избыток, но он оказался совсем небольшим. Если его интерпретировать как искомый распад бозона Хиггса на мюон и тау-лептон, то вероятность получается 0,72 ± 0,62%.

Этот результат слишком мало, всего на одно стандартное отклонение, отличается от нуля, поэтому сам по себе он вообще не свидетельствует ни о каком отклонении. Но он также вполне совпадает и с более точным результатом CMS. Если эти два измерения объединить, то статистическая значимость отклонения подрастет до 2,6σ. Таким образом, результат ATLAS не усиливает, но и не ослабляет интригу.

Стоит также добавить, что, когда коллаборация CMS искала этот распад, она анализировала разные распады тау-лептона — электронный и адронный, причем главный вклад в обнаруженный сигнал дал электронный распад. ATLAS же ограничился только адронными распадами. Данные по электронному распаду ATLAS не представил, поэтому не исключено дополнительное развитие ситуации в ближайшем времени.


23.07.2015 | Комментарии (1)

ATLAS публикует макроанализ данных Run 1

Обычно исследовательские группы, обрабатывающие коллайдерные данные, выполняют параллельно сотни анализов, каждый из которых затем выливается в отдельную научную статью. Но время от времени эти работы объединяются в большие тематические обзоры результатов, которые представляют собой как бы срез всей информации, полученной коллаборацией по той или иной теме. Такие обзоры особенно уместны сейчас, когда подходит к концу обработка данных LHC Run 1.

Коллаборация ATLAS представила недавно два таких макроанализа, каждый объемом под сотню страниц. В статье Measurements of the Higgs boson production and decay rates and coupling strengths using pp collision data at √s = 7 and 8 TeV in the ATLAS experiment подводится итог всей программе изучения свойств хиггсовского бозона, выполненной этой коллаборацией (аналогичный отчет коллаборации CMS уже появился полгода назад). В другой обзорной статье, Summary of the searches for squarks and gluinos using √s = 8 TeV pp collisions with the ATLAS experiment at the LHC, сводятся воедино многочисленные поиски суперсимметрии, выполненные разными методами. Данные здесь были те же, что и раньше, однако такой метаанализ позволил выполнить статистическое объединение результатов и получить более сильные ограничения на суперсимметричные модели. В обеих работах делается вывод, что даже после объединения всех результатов по хиггсовским бозонам и по поиску суперсимметрии не наблюдается никаких статистически значимых отклонений от Стандартной модели.


09.04.2015 | Комментарии (9)

Ситуация с процессом топ-антитоп-хиггс остается подвешенной

Загадки LHC. Комбинация топ-антитоп-хиггс

Несмотря на то что измеренные свойства хиггсовского бозона очень близки к стандартным, кое-какие отклонения всё же остаются. Одно из них касается процесса рождения хиггсовского бозона вместе с топ-антитоп-кварковой парой (ttH). Измерения, опубликованные коллаборацией CMS прошлым летом, показали почти трехкратное превышение вероятности этого процесса по сравнению со Стандартной моделью (подробности того исследования см. в новости Изучение рождения хиггсовского бозона вместе с топ-кварками выявило некоторое отклонение от Стандартной модели, «Элементы», 08.08.2014). Топ-кварки очень тяжелые, поэтому они сильно связаны с хиггсовским бозоном, и это вызывает большой интерес теоретиков. Впрочем, погрешности измерения пока что остаются высокими из-за трудности наблюдения этого процесса. Полученное CMS отношение этой вероятности к стандартной составляет 2,8±1,0 — то есть оно отклоняется от стандартного значения меньше, чем на 2σ.

Недавно коллаборация ATLAS обнародовала свои результаты этого процесса. Они такое сильное превышение не подтверждают. Результат ATLAS составил 1,5±1,1. Как видно, он вполне согласуется со стандартным значением, но, в общем-то, не противоречит ни результату CMS, ни даже противоположному случаю — полному отсутствию такого процесса. Таким образом, ситуация с усилением ttH-канала рождения остается подвешенной.

Конечно, физикам хотелось бы иметь более определенные результаты, но из нынешней статистики их уже не добыть. Зато большие надежды возлагаются на следующий сеанс работы коллайдера — Run 2. Мало того что к 2017 году ожидается пятикратное увеличение светимости, так еще и сам этот процесс будет происходить в четыре раза чаще, чем раньше. Такое усиление сечения — прямое следствие возросшей энергии столкновений. Так что ttH-канал — один из процессов, на которые следует обратить пристальное внимание в ближайшие годы.


18.03.2015 | Комментарии (2)

ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона

В эти дни в городке Ла-Тюиль в итальянских Альпах проходит ежегодная, уже пятидесятая по счету конференция Rencontres de Moriond. По традиции, на этой конференции экспериментальные группы рассказывают о своих новых результатах. 17 марта весь день был посвящен обзорным докладам по изучению хиггсовского бозона. Кроме многочисленных отдельных результатов ATLAS и CMS был впервые представлен и их объединенный результат по измерению массы хиггсовского бозона. Итак, по итогам первых трех лет работы коллайдера масса бозона Хиггса оказалась равной 125,09 ± 0,24 ГэВ (погрешность составляет менее 0,2%).

Вообще, это очень редкий пример измерения, для которого эти две группы смогли объединить свои данные — уж слишком различаются у них нюансы измерения и обработки данных. Интересно, что в данном случае это объединение не просто улучшило результат, но и устранило расхождения, которые видели ATLAS и CMS по отдельности. Дело в том, что массу бозона Хиггса можно определить по двум разным каналам распада — на два фотона или на два Z-бозона. В идеале эти два канала должны давать одинаковые результаты; в реальности же в обоих экспериментах они отличались на полтора-два стандартных отклонения. Но только отличия эти были в разные стороны! По данным ATLAS, двухфотонный распад показывал слишком большую массу, а ZZ-канал — слишком маленькую (подробнее про эту любопытную историю см. в новости Уточнена масса хиггсовского бозона: загадка ATLAS постепенно исчезает). В данных CMS было всё в точности наоборот. И вот теперь, после объединения данных ATLAS и CMS, оба канала стали идеально соответствовать друг другу. Это лишний раз показывает, как полезна в физике частиц конкуренция и сотрудничество двух экспериментов, изучающих одинаковые вопросы, но построенных по разным технологиям.

Рассказ об этом исследовании можно найти в пресс-релизе ЦЕРНа, а технические подробности — в докладе Майкла Дюрссена (Michael Duehrssen) на странице научной программы конференции, а также в совместной статье ATLAS и CMS.


14.03.2015 | Комментарии (3)

Детектор CMS видит намеки на распад, невозможный в Стандартной модели

Загадки LHC. Распад бозона Хиггса на мюон и тау

Практически все свойства хиггсовского бозона, изученные на Большом адронном коллайдере за первые годы работы, оказались удручающе стандартными. Даже двухфотонный распад, который на первых порах вызывал большой энтузиазм физиков, тоже в конце концов стал вписываться в предсказания Стандартной модели. Однако кое-какие загадки в измеренных свойствах хиггсовского бозона всё еще остались.

Одна из них — это любопытные данные детектора CMS относительно распада бозона Хиггса на мюон и тау-лептон+τ или μτ+). В рамках Стандартной модели такой распад невозможен. Хиггсовское поле не может менять тип лептонов, а значит, бозон Хиггса может распадаться лишь на лептон-антилептонную пару одинакового типа (электрон-позитрон, мюон-антимюон или тау-антитау). Зато процессы с нарушением сорта лептонов предсказываются некоторыми неминимальными хиггсовскими моделями. Надежная регистрация такого процесса стала бы первым намеком на Новую физику, священный Грааль современной физики частиц.

Летом 2014 года коллаборация CMS сообщила о первых намеках на обнаружение этого распада. Тогда это были лишь предварительные данные, которые потребовали еще нескольких месяцев для перепроверки. Две недели назад наконец-то появилась полноценная статья CMS. Исследователи сообщают, что после всестороннего анализа сохраняется небольшое превышение данных над фоном, вызванным обычными процессами или несовершенством детектора. Если это превышение интерпретировать как распад бозона Хиггса на пару μ+τ или μτ+, то его вероятность получается чуть меньше процента: (0,84+0,39–0,3)%. Статистическая значимость этого эффекта невелика — всего 2,4 стандартных отклонения, поэтому ни о каком серьезном открытии речи пока что нет. Отсутствует также и подтверждения от коллаборации ATLAS: она об этом поиске пока не отчиталась.

Тем не менее этот возможный намек на физику за пределами Стандартной модели задает теоретикам возможное направление исследований. В последнее время появилось несколько работ (1, 2, 3, 4), в которых в рамках Новой физики объясняются не только эти данные CMS, но и некоторые аномалии в распадах B-мезонов. Разумеется, прежде чем начать претендовать на реальное описание природы, все эти модели должны пройти проверку будущими данными LHC. Вполне возможно, что ситуация начнет проясняться уже к концу этого года.


19.01.2015 | Комментарии (23)

Поиск редкого и необычного распада хиггсовского бозона пока не увенчался успехом

Пока что хиггсовский бозон остается единственной новой частицей, открытой на Большом адронном коллайдере. Более того, он является одной из немногих лазеек, через которые физики надеются обнаружить хоть какие-то отклонения от Стандартной модели. По этой причине значительная часть всех усилий экспериментаторов и теоретиков направлена на доскональное изучение всех свойств бозона и, в частности, редких его распадов.

На днях коллаборация ATLAS в своем е-принте Search for Higgs and Z Boson Decays to J/ψγ and Υ(nS)γ with the ATLAS Detector сообщила о результатах исследования по поиску редкого и необычного распада бозона Хиггса. В подавляющем большинстве случаев он распадается на фундаментальные частицы: кварки, тяжелые бозоны, фотоны. Однако есть очень небольшая вероятность, что он распадется не просто на кварки, а сразу на цельный мезон (например, J/ψ-мезон или какой-нибудь мезон из семейства тяжелых Υ-мезонов) и испустит при этом фотон. Для стандартного бозона Хиггса теория предсказывает, что вероятность составляет примерно три миллионных для распада J/ψ+γ и около одной миллиардной для распадов Υ+γ. Теоретики также предсказывают, что в некоторых теориях эти вероятности могут заметно отличаться от стандартной. А это значит, что экспериментальная проверка этой вероятности распада помогла бы физикам напасть на след Новой физики.

К сожалению, пока что статистика данных слишком мала для надежной регистрации этих распадов. Коллаборация ATLAS в своей статье установила на них лишь ограничение сверху — около одной тысячной. Тем не менее это было первым исследованием такого типа распадов, и в дальнейшем его методика будет улучшаться. Кроме того, в ближайшие годы коллайдер наберет как минимум вдесятеро большую статистику, что позволит еще внимательнее изучить эти и другие редкие распады хиггсовского бозона.


12.10.2014 | Комментарии (9)

ATLAS представил новые результаты по распадам хиггсовского бозона

Анализ всего массива данных за первые три года работы коллайдера постепенно продходит к концу. Двухфотонный распад бозона Хиггса — главная интрига последних трех лет — оказался, к большому разочарованию физиков, слишком стандартным. Распады бозона на другие частицы, несмотря на отдельные любопытные отклонения, также не дают никаких серьезных свидетельств в пользу Новой физики. Сейчас главные ожидания связываются с новым сеансом работы коллайдера, который начнется весной будущего года, а тем временем коллаборации добросовестно завершают анализ всей полученной к настоящему времени информации.

На днях в ЦЕРНе прошел специальный семинар, на котором коллаборация ATLAS представила свои новые и, скорее всего, окончательные результаты по распаду хиггсовского бозона на тау-лептоны и на W-бозонную пару. Анализ этих частиц чуть сложнее, чем в случае фотонов или Z-бозонов, поскольку в их распадах вылетают нерегистрируемые нейтрино. Тем не менее с помощью целого ряда методик, на которых исследователи уже «набили руку», такие сложные ситуации тоже распутываются. Результаты таковы: в обоих каналах распада хиггсовский бозон хорошо виден (статистическая значимость достигает 4,5σ для тау-лептонов и 6,1σ для W-бозонов), а вероятности этих распадов согласуются в пределах погрешностей со Стандартной моделью. Подробности исследования можно найти на сайте коллаборации. Напомним, что коллаборация CMS свои данные по распаду на фермионы и по W-бозонам уже опубликовала ранее.

По-видимому, в ближайшие месяцы обе коллаборации еще обнародуют данные по редким вариантам рождения и распада бозона и, возможно, представят окончательную сводку результатов по всем исследованным свойствам этой частицы. После этого всё внимание переключится на набор и анализ новых данных на повышенной энергии. Первые результаты должны появиться летом 2015 года.


10.09.2014 | Комментарии (10)

Окончательный вердикт ATLAS и CMS: никаких аномалий в двухфотонном распаде хиггсовского бозона не видно

Коллаборация ATLAS опубликовала на днях подробнейший разбор ситуации с распадом хиггсовского бозона на два фотона. Аналогичная статья коллаборации CMS появилась чуть раньше, в июле. Выводы обеих статей можно считать окончательными — по крайней мере, по отношению к данным первых трех лет работы коллайдера.

Напомним, что два года назад, когда хиггсовский бозон только-только был открыт, именно двухфотонный вариант распада вызвал ажиотаж физиков. Оба главных эксперимента LHC показывали примерно двукратное превышение вероятности этого распада по сравнению со Стандартной моделью. Физики уже давно предсказывали, что этот распад может быть наиболее чувствительным к возможным эффектам Новой физики. Поэтому, как только появились первые намеки на превышение, пусть даже с небольшой статистической значимостью, теоретики бросились объяснять этот эффект в рамках самых различных моделей.

Затем, по мере накопления данных, с двухфотонным каналом распада началась чехарда. В конце 2012 года ATLAS обновил свои данные: превышение осталось. Интенсивность двухфотонного распада по сравнению со Стандартной моделью по-прежнему превышала единицу и составляла 1,8 ± 0,4. Однако новые результаты CMS в марте 2013 года преподнесли неприятный сюрприз — превышение исчезло, и даже стала наблюдаться нехватка хиггсовских бозонов в этом канале распада. По данным CMS, интенсивность распада составила всего 0,78 ± 0,28. В середине 2013 года, после очередного обновления результатов, ситуация в целом не изменилась.

Этим летом был проведен, по-видимому, последний раунд обработки данных по двухфотонному распаду бозона Хиггса, накопленных за первые три года работы. Поэтому числа, полученные сейчас, можно считать окончательными результатами по этому массиву данных. Числа эти таковы: интенсивность двухфотонного распада составляет 1,17 ± 0,27 по данным ATLAS и 1,14 + 0,26/–0,23 по данным CMS. Оба значения идеально согласуются друг с другом и досадно близки к единице.

Таким образом, после двухлетнего разнобоя оба экспериментатора пришли к поразительному согласию в своем главном выводе. Они утверждают, что на сегодняшний день нет никакого намека на существенное отклонение от предсказаний Стандартной модели и в этой величине. Ажиотаж двухлетней давности оказался фальстартом. Картина теперь сможет измениться только в 2016 году, когда будет накоплен новый значительный объем данных и уменьшатся погрешности.


26.08.2014 | Комментарии (81)

Насколько надежны расчеты времени жизни Вселенной в рамках Стандартной модели?

Открытие хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере и измерение его массы имело, среди прочего, и астрофизические последствия. Оказалось, что судьба всей Вселенной зависит от того, существуют какие-нибудь дополнительные частицы, которые не вписываются в Стандартную модель, или нет. Если их нет и Стандартная модель работает без изменений вплоть до планковской энергии, тогда наша Вселенная нестабильна — спустя некоторое очень большое время в ней произойдет переход в новый вакуум с разрушением всех имевшихся структур. Полностью стабильной нынешняя Вселенная может оказаться, только если предположить, что Стандартная модель неполна и в нашем мире существуют новые, неоткрытые пока частицы и явления. Подробный рассказ об этой ситуации см. в нашей новости Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены, а также в задаче Распад нестабильного вакуума.

Вообще, подавляющее большинство физиков склоняется ко второму варианту: слишком много есть косвенных указаний на то, что Стандартная модель неполна. Однако чисто теоретически можно изучить и первый вариант. Тогда в его рамках можно вычислить прямо-таки судьбоносную величину — время жизни Вселенной до распада. Эти вычисления были проведены и дали время порядка 10100–101000 лет. Правда, оно сильно зависит от масс хиггсовского бозона и топ-кварка, и потому точное их измерение очень важно для этой задачи.

Однако в новой статье, появившейся на днях в архиве е-принтов, справедливость этих расчетов поставлена под большое сомнение. Внимательный теоретический анализ показывает, что это вычисление слишком сильно зависит от свойств нашего мира на планковском масштабе энергий, то есть от эффектов квантовой гравитации. Но общепринятой теории квантовой гравитации пока не существует, и никто не может толком сказать, как эту область энергий правильно описывать. А это значит, что расчеты времени жизни Вселенной могут оказаться совершенно не относящимися к делу без достоверного знания этой теории.

Надо сказать, что эта группа авторов в прошлом году уже опубликовала статью с обсуждением ключевых моментов своей критики. Однако тогда их аргументы базировались на упрощенных вычислениях. Сейчас они представили полный численный анализ эффекта, не прибегая к аналитическим приближениям, и он подтвердил их предыдущие выводы. Таким образом, сейчас правильнее будет сказать так: в рамках Стандартной модели и без знания эффектов квантовой гравитации вычислить ожидаемое время жизни Вселенной пока что не представляется возможным.


02.08.2014 | Комментарии (2)

Хиггсовский бозон становится фоном в новых поисках

В физике элементарных частиц есть поговорка: «То, что сегодня является сигналом, станет завтра фоном» («Today's signal is tomorrow's background»). Если вы обнаружили какую-то новую частицу и продолжаете поиски дальше, то вам приходится искать что-то новое на фоне уже известного, причем в категорию известного попадает уже и только что найденная частица.

Примеров этой ситуации в физике частиц было уже много. Сейчас эта история повторяется и для хиггсовского бозона. После его открытия Большой адронный коллайдер продолжает искать новые частицы, в том числе и дополнительные хиггсовские бозоны, которые предсказываются разными теориями за пределами Стандартной модели. Эти новые бозоны Хиггса могут, в том числе, распадаться так же, как и известный уже хиггсовский бозон, что приходится учитывать физикам при обработке данных.

На днях коллаборация ATLAS обнародовала результаты по поиску новых гипотетических короткоживущих частиц со спином ноль, способных распадаться на два фотона. Поиск велся в очень широком диапазоне масс — от 65 до 600 ГэВ. Несколько лет назад именно так физики искали бозон Хиггса, когда его масса еще была неизвестна. Теперь поиск повторяется, но только на существенно большей статистике и с учетом того факта, что в районе 125 ГэВ уже есть известный хиггсовский бозон, тоже распадающийся на два фотона. Учет этого бозона, который сейчас уже играет роль фона, потребовал от физиков дополнительной аккуратности.

Заметных отклонений от предсказаний Стандартной модели не выявлено. Это позволило установить ограничение сверху на сечение рождения и двухфотонного распада гипотетических новых частиц: оно составляет от 1 до 100 fb в зависимости от предполагаемой массы частицы. Иными словами, даже если такие частицы в исследованном диапазоне масс и существуют, они либо чрезвычайно плохо рождаются на коллайдере, либо исключительно редко распадаются на два фотона. Этот анализ существенно обновляет и расширяет область масс по сравнению с предыдущими, тоже отрицательными, результатами. Новые данные могут использоваться теоретиками для установления ограничений на различные модели Новой физики.


02.07.2014

ATLAS ищет распад бозона Хиггса на мюоны

Несмотря на то что хиггсовский бозон уже обнаружен — прежде всего по распадам на два фотона и на Z-бозоны, — физики продолжают его искать в более редких каналах распада. Мы уже рассказывали про поиск распадов хиггсовского бозона на комбинацию Z-бозон и фотон, про попытки обнаружить его распад на невидимые частицы, а также про усилия теоретиков по изучению экзотических каналов распада. Все эти распады пока что не наблюдались. Это и неудивительно: их вероятности в рамках Стандартной модели столь малы, что нынешней статистики не хватает, чтобы их обнаружить. Однако такой поиск всё равно полезен: во-первых, он позволяет отточить соответствующие экспериментальные методы, а во-вторых — кто знает, может быть, такой распад неожиданно будет обнаружен и именно в редких каналах распада начнет впервые проявляться Новая физика.

На днях коллаборация ATLAS опубликовала результаты поиска еще одного редкого распада хиггсовского бозона — на этот раз на мюон-антимюонные пары. Вообще, вероятность распада хиггсовского бозона на фермионы пропорциональна квадрату массы этого фермиона, и для мюонов она довольно мала. И действительно, ATLAS не обнаружил никакого проявления искомого распада: событий с мюон-антимюонными парами было много, но все они вполне описывались фоновыми (то есть бесхиггсовскими) процессами.

ATLAS смог лишь установить ограничение сверху на вероятность этого распада: даже если он и происходит, его вероятность не более чем в 7 раз превышает «стандартную». Такой вывод согласуется и со Стандартной моделью, и с полным отсутствием распада, и с другими необычными вариантами. Для того чтобы отдать предпочтение одному из вариантов, требуется статистика примерно на пару порядков больше нынешней. А в целом, эта ситуация — и методически, и по своим результатам — очень напоминает ранние этапы поиска хиггсовского бозона на Тэватроне, когда статистики тоже не хватало для обнаружения неуловимого бозона.


25.06.2014

Опубликована статья о прямом распаде бозона Хиггса на фермионы

На днях в журнале Nature Physics была опубликована статья коллаборации CMS о регистрации прямого распада бозона Хиггса на b-кварковые или тау-лептонные пары. И в выпущенном по этому поводу пресс-релизе ЦЕРНа, и в заметках многих СМИ не совсем корректно сообщается, что эти данные — новые. На самом деле сама эта статья в виде препринта появилась еще полгода назад, и полученные результаты с тех пор не изменились. Подробности самого этого анализа и его роль в изучении свойств бозона Хиггса см. в наших новостях Опубликованы окончательные данные CMS по распаду бозона Хиггса на фермионы и Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность.


19.06.2014 | Комментарии (11)

Уточнена масса хиггсовского бозона: загадка ATLAS постепенно исчезает

Бозон Хиггса — чрезвычайно важный элемент Стандартной модели и многих теорий за ее пределами. По этой причине важнейшей задачей Большого адронного коллайдера является не только открытие бозона, но и тщательное измерение всех его параметров, до которых могут «дотянуться» экспериментаторы. И иногда в процессе этого измерения появляются неожиданные результаты, не вполне вписывающиеся в стандартную картину, которые теоретики тут же бросаются объяснять разнообразными новыми эффектами.

Один такой пример касается массы хиггсовского бозона. Эта величина точнее всего определяется из двух самых удобных для анализа каналов распада бозона Хиггса — на два фотона и на два Z-бозона. Измерение массы бозона можно провести независимо для обоих каналов распада, а потом сравнить числа друг с другом. Если речь идет об одном и том же бозоне, они, разумеется, должны совпасть.

Однако результаты этих измерений, обнародованные коллаборацией ATLAS в конце 2012 года, существенно расходились друг с другом. В 2013 году статистика подросла, но подозрительное расхождение осталось. Изучение двухфотонного распада дало тогда массу 126,8 ± 0,7 ГэВ, а распад на Z-пары показал 124,3 ± 0,7 ГэВ. Поскольку другой детектор, CMS, ничего подобного не наблюдал, большинство физиков считало, что причиной этого расхождения были какие-то неучтенные погрешности анализа или банальная статистическая флуктуация. Впрочем, высказывались и смелые предположения, что на самом деле есть два бозона Хиггса с очень близкой массой, которые видны каждый в своем типе распада, — такие теории тоже существуют.

В вышедшем на днях е-принте arXiv:1406.3827 коллаборация ATLAS приводит обновленные результаты измерения массы хиггсовского бозона, полученные после обработки всей накопленной статистики (см. также краткое сообщение на сайте коллаборации). Увы, никаких сюрпризов не оказалось. Новые значения постепенно приближаются друг к другу, а их погрешности уменьшаются. Некоторое отличие, впрочем, пока остается: теперь ATLAS сообщает о массе 125,98 ± 0,50 ГэВ по двухфотонным данным и о 124,51 ± 0,52 ГэВ по данным распада на Z-пары. Однако это отличие уже не столь существенно. Всё говорит о том, что в данных действительно проявилась статистическая флуктуация, которая постепенно сходит на нет при увеличении объема данных.

Объединение этих двух результатов ATLAS друг с другом дает массу бозона Хиггса 125,36 ± 0,41 ГэВ. Это практически совпадает — как по значению, так и по точности — с результатом CMS. В ближайшие годы новый объем данных позволит уменьшить погрешность еще в несколько раз.


01.06.2014 | Комментарии (17)

Попробуйте силы в онлайн-соревновании по поиску бозона Хиггса

Даже если вы не знакомы с физикой элементарных частиц, но любите программировать и умеете разрабатывать алгоритмы интеллектуальной обработки больших массивов данных — у вас есть реальный шанс помочь ЦЕРНу в изучении бозона Хиггса! Несколько дней назад под эгидой ЦЕРНа и нескольких других организаций стартовало открытое онлайн-соревнование Higgs Boson Machine Learning Challenge. Его задача — придумать наиболее прозорливый алгоритм, позволяющий компьютеру отличить событие рождения и распада бозона Хиггса от фоновых (то есть нехиггсовских) событий, которые в изобилии регистрируются на Большом адронном коллайдере.

Для этого участнику сначала выдается порция «тренировочных» событий — массив из 250 тысяч векторов, содержащих по 30 кинематических параметров каждый. Про каждое событие известно, является ли оно «хиггсовским» или нет. Участник должен придумать и реализовать такой алгоритм, который обнаружил бы в массиве кинематических параметров закономерности и на их основании стал бы надежно классифицировать события как «хиггсовские» или «фоновые».

После того как алгоритм натренируется на тестовых данных, пользователю выдается массив из 550 тысяч контрольных событий. Его задача — «натравить» разработанный им алгоритм на эти данные и обнаружить в них хиггсовский бозон с как можно большей статистической значимостью. Менять свой алгоритм, пытаясь подогнать его под данные, на этом этапе уже нельзя — такова философия слепого анализа данных, общепринятая сейчас в физике элементарных частиц. Чем больше статистическая значимость обнаружения хиггсовского бозона в этих данных — тем выше положение участника в итоговой таблице. Некоторые впечатления об этом соревновании см. в блоге Томмасо Дориго.

В настоящее время в соревновании принимают участие уже свыше 400 команд, но к нему в любой момент может присоединиться каждый желающий. Участник не слишком ограничен в количестве попыток (не более пяти в день), поэтому есть широкий простор для поиска и настройки новых алгоритмов. Времени еще предостаточно — соревнование продлится до 15 сентября. Тройка победителей получит денежные призы вплоть до 7 тысяч долларов. Ну а если алгоритм будет признан по-настоящему удачным, физики возьмут его на вооружение при обработке новой порции экспериментальных данных, которая будет набрана в следующем году.


17.04.2014 | Комментарии (16)

Новый метод позволил наложить рекордное ограничение на время жизни хиггсовского бозона

Распределение событий по специально построенной величине Dgg

Недавно коллаборация CMS представила результаты исследования процесса рождения четырех лептонов в области больших инвариантных масс. Такое непрямое изучение — не на резонансной энергии, а в области гораздо больших энергий — позволяет сильно улучшить точность измерения ширины частицы. Было получено, что ширина бозона Хиггса меньше 17 МэВ (что всего лишь в 4 раза больше предсказаний Стандартной модели). Это почти на два порядка превосходит ту точность, которую могут дать измерения прямо на резонансе.


09.02.2014 | Комментарии (3)

Опубликованы окончательные данные CMS по распаду бозона Хиггса на фермионы

В декабре 2013 года оба главных эксперимента на LHC — ATLAS и CMS — представили свои результаты по распаду хиггсовского бозона на частицы материи, а конкретно, на тау-лептоны и b-кварки (см. подробности в новости Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность, «Элементы», 09.12.2013). Эти сообщения впервые надежно указали на то, что бозон Хиггса действительно распадается на фермионы, причем с вероятностью, которая согласуется со Стандартной моделью.

Те декабрьские результаты были предварительными и требовали некоторой доработки. В конце января коллаборация CMS завершила этот анализ, и ее окончательная статья появилась в архиве е-принтов. Итоговые результаты почти не отличаются от предварительных. Статистическая значимость фермионных распадов бозона Хиггса составляет 3,8 стандартных отклонения, а величина μ, характеризующая интенсивность связи бозона Хиггса с фермионами по сравнению со Стандартной моделью, составила в конце концов μ(ττ) = 0,78 ± 0,27 и μ(bb) = 1,0 ± 0,5. Общий вывод остается прежним — распад на фермионы вполне сходится с предсказаниями Стандартной модели.

Новые измерения этих величин появятся только после набора новой статистики, который начнется в апреле 2015 года.


26.01.2014 | Комментарии (43)

Свойства хиггсовского бозона могут быть сильно связаны с загадкой асимметрии вещества и антивещества

Большой адронный коллайдер к настоящему времени открыл только хиггсовский бозон и не нашел никаких существенных отклонений от Стандартной модели. Тем не менее есть несколько причин считать, почему физика микромира не может ею ограничиваться.

Одна из них состоит в том, что Стандартная модель неспособна обеспечить преобладание вещества над антивеществом, которое мы наблюдаем во Вселенной. Детальные расчеты показывают, что главная трудность — создание сильно неравновесных условий в ранней Вселенной. Такие условия в рамках Стандартной модели могут возникнуть только во время фазового перехода, в котором запускается хиггсовский механизм и появляются массы у частиц. Однако этот фазовый переход слишком слабый. Усилить его можно только с помощью новых частиц или явлений, то есть за счет выхода за пределы Стандартной модели.

Предположим, что эти новые частицы существуют и что они действительно делают фазовый переход сильным, но сами по себе они очень неохотно рождаются в коллайдере. Можно ли как-то косвенно обнаружить их реальность? Оказывается, да. В новой теоретической статье arXiv:1401.1827 показывается, что в этом случае свойства хиггсовского бозона — того самого, который уже обнаружен и активно исследуется, — будут заметно (на десятки процентов) отличаться от стандартного.

Этот результат открывает перед физиками некоторые обнадеживающие перспективы. Даже если в ближайшие годы на коллайдере не будет открыто никаких новых частиц, всё равно можно будет заглянуть еще глубже в то, как «работает» микромир. Либо будут найдены существенные отклонения от стандарта в вероятностях распада хиггсовского бозона на разные частицы, либо целый класс теорий будет поставлен под сомнение. В таком случае вопрос о том, как же возник дисбаланс между веществом и антивеществом, станет еще более острым.


11.01.2014 | Комментарии (13)

Масса хиггсовского бозона остается сложной для оценки величиной в минимальной суперсимметричной модели

Несмотря на все поиски на Большом адронном коллайдере, суперсимметрии пока не видно. Однако уже тот факт, что LHC не обнаружил тех или иных эффектов, позволяет установить ограничения на предсказывающие их теоретические конструкции (см. обзорную статью и подборку новостей, относящихся к суперсимметрии).

Одно из самых важных ограничений возникает из массы хиггсовского бозона. Открытый полтора года назад бозон имеет массу 126 ГэВ. Это уже на грани допустимого для моделей, использующих самый простой вариант суперсимметрии. Однако несколько месяцев назад мы писали, что эти трения между наблюдениями и теорией могут быть не такими уж и большими: новые вычисления показали, что значение 126 ГэВ может неплохо вписываться в интервал предсказаний без существенной подстройки модели.

Сейчас выясняется, что далеко не все специалисты согласны с этим выводом и вообще доверяют опубликованным тогда вычислениям. В е-принте arXiv:1312.5743, появившемся в конце декабря, приводятся не только результаты более тщательного расчета, но и конкретные доводы против упрощений, использованных в сентябрьской оптимистичной статье. Таким образом, общий вывод пока можно сформулировать так: измеренное значение массы бозона Хиггса требует довольно тяжелого суперпартнера топ-кварка или других не очень комфортных предположений об устройстве теории.

Подчеркнем, что все эти сложности касаются только минимального варианта суперсимметричных моделей. Как только эти рамки расширяются, никаких трудностей нынешние данные для суперсимметрии не представляют.

Этот пример лишний раз подчеркивает, какой сложной может быть ситуация в теоретической физике даже при изучении одного и того же вопроса. Несколько групп, плотно занимающихся этими расчетами несколько лет, могут расходиться друг с другом в своих выводах и не доверять предположениям, сделанным другими. Когда здесь можно ожидать разрешения ситуации, пока непонятно. Впрочем, в одном все сходятся точно: экспериментальная проверка суперсимметрии гарантированно будет очень сложной, возможно неразрешимой, задачей для LHC.


19.12.2013

Запущен онлайн-проект, посвященный экзотическим распадам хиггсовского бозона

Один из семи типов распада хиггсовского бозона, которые были проанализированы в рамках проекта

Представительный коллектив авторов запустил научный информационный сайт Exotic Higgs Decays о необычных распадах хиггсовского бозона, а в архиве е-принтов появился их 172-страничный обзор, который не только дублирует информацию с сайта, но и содержит ее подробное обсуждение. Предполагается, что этот проект станет основным справочным руководством для желающих глубже изучить возможные распады бозона Хиггса в рамках разнообразных моделей.


09.12.2013 | Комментарии (100)

Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность

Графическое изображение события-кандидата в распад бозона Хиггса на два тау-лептона, зарегистрированного детектором ATLAS

Две главных коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, представили новые результаты по распаду бозона Хиггса на фундаментальные частицы материи — кварки и лептоны. Их совместные данные впервые доказывают, что этот распад действительно идет, и служат дополнительным свидетельством в пользу того, что обнаруженный бозон Хиггса — самый стандартный из всех ожидавшихся вариантов.


23.10.2013 | Комментарии (11)

Анонсирован онлайн-курс, рассказывающий об открытии хиггсовского бозона

Программа дистанционного обучения FutureLearn объявила о записи на бесплатный онлайн-курс, посвященный открытию хиггсовского бозона. Курс длительностью 7 недель стартует 10 февраля 2014 года и будет ориентирован на широкую публику. В объявлении указано, что для понимания курса потребуется лишь школьная математика и базовые знания по физике. Вести курс будет Кристос Леонидопулос (Christos Leonidopoulos), физик-экспериментатор, работающий на LHC, и сотрудник Эдинбургского университета, в котором работает и Питер Хиггс.


08.10.2013 | Комментарии (8)

Одновременное рождение двух хиггсовских бозонов тоже полезно изучать на LHC

Один из вариантов столкновений, которые могут привести к одновременному рождению двух хиггсовских бозонов на LHC

Экспериментальное изучение двойного хиггсовского рождения — дело очень хлопотное. Во-первых, требуется отловить продукты распада сразу двух бозонов Хиггса. А во-вторых, нужно отделить эти события от фона, то есть от других процессов, выглядящих похоже, но не включающих бозоны Хиггса на промежуточных этапах. На днях в архиве е-принтов вышла небольшая статья, которая рассказывает о начале подробного теоретического изучения этого процесса.


01.10.2013

Интерес физиков к центральному эксклюзивному рождению бозона Хиггса угасает

Несколько лет назад, когда хиггсовский бозон еще не был открыт и физики не могли заранее предсказать его свойства, они готовились искать его на LHC во всех мыслимых вариантах. Среди них одним из самых трудных выглядел легкий хиггсовский бозон с массой 100–150 ГэВ и со свойствами, определенным образом отличающимися от свойств стандартного бозона Хиггса — а именно, усиленное взаимодействие с b-кварками и ослабленное взаимодействие с топ-кварками, а также с W- и Z-бозонами. Такие варианты сплошь и рядом встречаются во многих вариантах суперсимметричных теорий.

В этом случае хиггсовский бозон рождался бы нечасто, а распадался бы почти исключительно на b-кварковые пары. Но на LHC такие распады очень трудно отличить от фона. Поэтому хиггсовский бозон тогда долго оставался бы неоткрытым. И на помощь тогда пришел бы очень оригинальный тип процессов под названием «центральное эксклюзивное рождение».

Это процесс, похожий на упругое или на дифракционное рассеяние протонов. В нем два протона пролетают друг мимо друга, не разрушаясь, а лишь слегка отклоняясь за счет обмена глюонами. И вот прямо во время этого обмена может, среди прочего, родиться и хиггсовский бозон. Такой процесс был бы исключительно «чистым» с точки зрения детектора: ведь никаких иных частиц при этом не образуется, а улетевшие вперед протоны можно поймать с помощью форвард-детектора.

К сожалению, расчеты показывают, что для стандартного бозона Хиггса такой процесс имеет очень маленькое сечение, поэтому его трудно будет зарегистрировать на LHC. Однако в описанном выше варианте суперсимметричного хиггса оно будет резко усилено и может даже стать главным каналом его рождения. Поскольку тогда казалось, что вот-вот — и суперсимметрия будет открыта, у многих физиков этот процесс центрального эксклюзивного рождения бозона Хиггса вызывал неподдельный интерес.

И вот прошло несколько лет, завершился первый этап работы LHC. Сейчас уже ясно, что бозон Хиггса похож на стандартный, что суперсимметрия пока не видна (но и вовсе не закрыта), зато по крайней мере сам коллайдер работает отменно. Что сейчас можно сказать о перспективах изучения бозона Хиггса в этом особом процессе?

Этот вопрос был изучен в вышедшей на днях работе arXiv:1309.7772, которая обновляет результаты статьи трехлетней давности arXiv:1012.5007. Общий вывод: ситуация довольно печальная. LHC закрыл практически всю ту область параметров, в которой этот процесс мог бы быть усилен. В тех вариантах минимальной суперсимметричной стандартной модели, которые пока согласуются со всеми данными, этот процесс очень слаб. Увидеть его на приемлемом уровне статистической достоверности можно будет лишь через десяток лет, когда будет накоплено в десятки раз больше статистики, чем сейчас. Но к тому времени и во всех остальных каналах рождения будет сделан огромный прогресс.

Да, конечно, остаются и другие возможные применения для центрального эксклюзивного рождения — например, поиск новых частиц, которые иначе трудно увидеть. Но нужно признать, что в целом энтузиазм физиков по поводу этого процесса уже сильно угас. Если где-то и искать новые частицы, то скорее уж в обычном жестком столкновении протонов и изучении необычных кинематических конфигураций.


12.09.2013 | Комментарии (15)

Детектор CMS ищет невидимые распады хиггсовского бозона

Многие модели Новой физики предсказывают существование новых экзотических частиц, которые могут рождаться в столкновении протонов на LHC, но которые невозможно напрямую зарегистрировать. В некоторых теориях на них может даже распадаться хиггсовский бозон. С точки зрения эксперимента, такой распад будет невидимым — ведь следы этого распада не видны. Но этот вовсе не значит, что детектор вообще никак не может отследить наличие таких процессов!

Тут дело вот в чем. В таком процессе с невидимым распадом есть два аспекта, позволяющие отличить его от других явлений. Во-первых, рожденный бозон Хиггса и, следовательно, его продукты распада уносят какой-то поперечный импульс. Это значит, что суммарный поперечный импульс всех остальных частиц (их-то детектор видит!) уже будет сильно отличаться от нуля. Такой «потерянный поперечный импульс» служит меткой того, что в этом событии участвовали какие-то невидимые частицы с высокой энергией. Во-вторых, хиггсовский бозон может рождаться не в одиночку, а в сопровождении других частиц (разные варианты описаны на страничке Рождение и распад хиггсовского бозона). Наличие других частиц с большим поперечным импульсом позволяет отличить возможный невидимый распад бозона Хиггса от фоновых процессов.

Всё это позволяет искать невидимые распады хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Если они будут найдены, то это станет самым громким научным открытием коллайдера. Если нет, то на их вероятность может быть установлено ограничение сверху, которое позволяет уточнить модели Новой физики.

Недавно коллаборация CMS, используя всю статистику 2012 года, выполнила такие измерения в двух каналах рождения бозона (см. публикации CMS-PAS-HIG-13-013 и CMS-PAS-HIG-13-018). В обоих случаях данные пока предварительные, но ясно, что указаний на существование невидимых распадов бозона Хиггса не получено. Ограничение сверху на вероятность невидимого распада составляет около 70%. Это число означает, что даже если невидимые распады бозона Хиггса и происходят, то идут они не более, чем в 2–3 раза интенсивнее, чем обычные, видимые распады.


11.08.2013

Хиггсовский бозон может помочь при изучении сильных взаимодействий

Когда новую частицу открывают в эксперименте, физики не только сразу принимаются изучать ее вдоль и поперек, но и ищут возможности использовать ее для каких-то новых задач. Частица, которая поначалу являлась целью исследования, зачастую сама превращается в инструмент для достижения других целей, для решения более сложных научных задач. Причем задачи эти могут быть совсем из другого раздела физики частиц, нежели поиск самой этой частицы.

Так случилось с разнообразными тяжелыми адронами: их поиск — из области физики сильных взаимодействий, а сейчас с их помощью ищут суперсимметрию. Так же дело обстояло и с топ-кварками: скажем, сейчас неопределенность массы топ-кварка является ключевой для выяснения устойчивости хиггсовского вакуума. То же самое может произойти и с самим хиггсовским бозоном, и причем в довольно неожиданных областях.

Конечно, изучение хиггсовского бозона полезно для поиска Новой физики; собственно, в этом и состоит главная научная польза от его исследования. Но сейчас выясняется, что хиггсовский бозон может даже пригодиться для изучения сильных взаимодействий, такой приземленной и, казалось бы, далекой от хиггсовской физики области. Идея такого использования бозона Хиггса «не по прямому назначению» была опубликована в появившемся на днях е-принте arXiv:1308.1655.

Суть тут вот в чем. Лет через 5-7 планируется модернизировать Большой адронный коллайдер до стадии HL-LHC — Большого адронного коллайдера на высокой светимости. Такой режим работы будет полезен для поиска Новой физики или изучения редких процессов, но он буквально «убьет» исследования по физике сильных взаимодействий. Дело в том, что при высокой светимости «эффект нагромождения» станет совершенно огромным. При одном столкновении сгустков частиц будут происходить сотни отдельных протон-протонных столкновений, следы которых станут накладываться в детекторе друг на друга, так что разобраться в этой мешанине (и в частности, изучить свойства сильных взаимодействий) будет исключительно трудно.

Авторы новой статьи предлагают способ, как справиться с этой напастью. Для этого надо не просто измерять адронные процессы сами по себе, а сравнивать их с процессом рождения и распада хиггсовского бозона. Эффект нагромождения мешает измерить сечение и того, и другого процесса по отдельности, но почти не влияет на их отношение. Для этого лишь требуется сфокусироваться на такой области суммарных энергий адронов, которые примерно соответствуют массе хиггсовского бозона.

Таким образом, благодаря открытому недавно хиггсовскому бозону обширная программа по исследованию адронных процессов, по-видимому, продолжится и в режиме HL-LHC.


29.07.2013

Эксперимент CMS подбирается к редкому распаду хиггсовского бозона

Загадки LHC. Распад Bs-мезона на мюон-антимюонную пару

Хиггсовский бозон с массой около 125 ГэВ, существование которого сейчас доказано с огромной статистической достоверностью, лучше всего виден в трех основных каналах распада: на два фотона, на два Z-бозона (с их последующим распадом на лептоны) и на два W-бозона. Кое-какие намеки на него видны также и в распаде на два тау-лептона и в распаде на кварковую b-анти-b-пару.

Однако коллаборации, работающие на LHC, вовсе не собираются на этом останавливаться; они ищут проявления бозона Хиггса и в более редких вариантах распада. В них чувствительности экспериментов пока не хватает для наблюдения хиггсовского сигнала, но такой поиск, по крайней мере, ограничит возможные (в рамках некоторых моделей Новой физики) отклонения от стандартных значений.

На днях в архиве е-принтов появился отчет коллаборации CMS о поиске бозона Хиггса в распаде на Z-бозон и фотон (статья arXiv:1307.5515). Поиск велся в области масс бозона от 120 до 160 ГэВ на основе всей накопленной на сегодня статистики протонных столкновений. В рамках Стандартной модели эта вероятность (с учетом последующего распада Z-бозона на мюонные или электрон-позитронные пары) маленькая и составляет одну-две десятитысячных. Этого должно быть слишком мало для того, чтобы заметить стандартный бозон Хиггса в этом распаде на нынешней статистике.

CMS действительно сигнала не обнаружил — те несколько десятков событий, которые прошли все стадии отбора, вполне описывались фоновыми процессами. В результате коллаборация получила ограничение сверху на интенсивность этого процесса: даже если такой распад и происходит, он идет не более чем в 4 раза чаще, чем теоретические ожидания для стандартного бозона.

По мере дальнейшего набора статистики это ограничение будет снижаться; когда объем данных превысит нынешний в 100 раз, то этот распад уже должен будет стать заметным. Ориентировочно это случится лишь к концу фазы 2 работы LHC (то есть в районе 2018–2020 годов).


10.07.2013

Рабочая группа по хиггсовскому бозону на LHC опубликовала третий обзор

В современной физике элементарных частиц в крупные коллаборации объединяются не только экспериментаторы, работающие на конкретной установке, и не только теоретики для решения какой-то вычислительной задачи. Иногда создаются группы — симбиозы теоретиков и экспериментаторов, которые объединяют свои знания и усилия для решения общей задачи. Одна из таких групп — Рабочая группа по сечениям хиггсовского бозона на LHC (LHC Higgs Cross Section Working Group, сокращенно HXSWG) — была создана в 2010 году и объединила некоторых членов коллабораций ATLAS и CMS, а также теоретиков.

Целью этой группы является создание подробной системы опорных формул и результатов, касающихся свойств хиггсовского бозона. На них в дальнейшем можно будет опираться как теоретикам, так и экспериментаторам без необходимости самостоятельно повторять сложный анализ теоретических вычислений или экспериментальных данных. Эта рабочая группа состоит из нескольких подгрупп, каждая из которых занимается своей узкой задачей: например, сечением рождения бозона Хиггса в слиянии глюонов, или в слиянии W-бозонов, распадами бозона, характеристиками и методами анализа адронных струй, программами моделирования и т. д. Результатом работы всех подгрупп является подробный совместный отчет, посвященный какому-то кругу вопросов.

Первые два таких отчета вышли в 2011-м и 2012 годах, и вот на днях появился третий (arXiv:1307.1347). Этот 400-страничный обзор целиком посвящен разнообразным свойствам хиггсовского бозона, как в рамках Стандартной модели, так и за ее пределами. В нем отражено нынешнее состояние теоретических расчетов многочисленных процессов рождения бозонах Хиггса (напомним, что теория продолжает активно развиваться в последние годы), а также интерпретация свежих данных LHC. Значительная часть отчета состоит из таблиц, в которых протабулированы значения всех этих процессов для хиггсовского бозона с разной массой. Этими числами теперь можно безболезненно пользоваться, не опасаясь за их проверенность и актуальность.

Более детальную информацию о деятельности группы и сопровождающие документы можно найти на ее странице.


07.07.2013 | Комментарии (5)

Обновлены данные ATLAS и CMS по хиггсовскому бозону

Интенсивность хиггсовского сигнала в трех каналах распада, измеренная детектором ATLAS (по состоянию на июль 2013 года), относительно ожидаемой в рамках Стандартной модели

На днях оба основных эксперимента на LHC — ATLAS и CMS — представили свои уточненные данные по свойствам хиггсовского бозона в распадах на два фотона (а ATLAS — еще и на два других набора бозонов, ZZ и WW). Расхождение между результатами ATLAS и CMS в двухфотонном распаде остается. В чем причина расхождения и какова на самом деле интенсивность хиггсовского сигнала, можно будет узнать только после набора и обработки нового объема статистики.


15.03.2013 | Комментарии (93)

Новые результаты CMS по хиггсовскому бозону преподнесли неприятный сюрприз

Когда на прошлой неделе были обнародованы новые данные Большого адронного коллайдера по хиггсовскому бозону, один из ключевых результатов так и не прозвучал. Коллаборация CMS не успела завершить подготовку новых данных по распаду бозона Хиггса на два фотона, самой интересной пока характеристике бозона. Напомним, что именно этот распад до сих пор сильно (почти в два раза!) превышал предсказания Стандартной модели. Статистическая значимость отличия была невелика, но его наличие сразу у двух групп, CMS и ATLAS, вселяло надежду на то, что обнаруженный хиггсовский бозон не совсем стандартный, что он станет первой ласточкой Новой физики.

Коллаборация ATLAS на прошлой неделе продемонстрировала новое измерение этого распада на основе всей статистики 2011–2012 годов. Измеренная интенсивность распада по сравнению со Стандартной моделью составила μγγ = 1,65+0,34–0,30 — слегка меньше, чем раньше, но всё равно заметно выше единицы.

В четверг CMS наконец-то сообщил и свой результат — и он стал для физиков ушатом холодной воды. В новых данных CMS не осталось никакого намека на превышение — оценка интенсивности этого распада колеблется около единицы. Иными словами, CMS сейчас утверждает, что распад на два фотона самый что ни на есть стандартный. Коллаборация решила для пущей надежности провести обработку данных двумя разными методами, но в обоих случаях результат находится вблизи единицы. В докладе коллаборации CMS для удобства были показаны бок о бок результаты обработки новых данных по двум методикам.

Такой резкий скачок вниз кажется поразительным. По сравнению с летом прошлого года статистика возросла в 2,5 раза, а значение сигнала «просело» почти в два раза. Так может случиться, только если в новой порции двухфотонных данных хиггсовских бозонов было исключительно мало. И действительно, по одной методике обработки результат для μγγ получается такой:

Данные 2011 года: 2,27+0,80–0,74; данные 2012 года: 0,94+0,34–0,32; общий результат: 1,11+0,32–0,30.

Другая методика дает еще меньший результат:

Данные 2011 года: 1,69+0,65–0,59; данные 2012 года: 0,55+0,29–0,27; общий результат: 0,78+0,28–0,26.

Налицо сразу две странности. Во-первых, результаты довольно сильно зависят от методики обработки данных, и такая ситуация не может считаться полностью удовлетворительной. Какому из результатов сейчас можно верить, непонятно.

Во-вторых, видно поразительное расхождение между хиггсовским сигналом в 2011-м и 2012 годах. Ясно, что природа с тех пор не изменилась. Инструментальные параметры детектора аккуратно отслеживаются, и они тоже никаких существенных изменений не претерпели. Значит, либо что-то неучтенное происходило с данными на этапе их обработки, либо в 2011 году случилась статистическая флуктуация. Но как тогда понимать результаты ATLAS, которые упорно показывают большой сигнал?

Промежуточный итог таков. Пока что по мере набора данных хиггсовский бозон оказывается совершенно стандартным. Шанс увидеть Новую физику в его свойствах был у двухфотонного распада, но новый результат CMS — если он действительно отражает реальность — лишает физиков этой надежды. Для наблюдения каких-то отклонений от Стандартной модели придется либо ждать 2015 года, либо пытаться их искать в более тонких характеристиках бозона Хиггса. Вдобавок ко всему, сейчас в данных имеются странности, которые необходимо понять, прежде чем делать окончательные выводы.


08.03.2013 | Комментарии (2)

Анимации показывают, как в данных LHC зарождался хиггсовский сигнал

На странице научных результатов коллаборации ATLAS, посвященных бозону Хиггса, появились интересные анимации того, как хиггсовский сигнал постепенно проступал в данных по мере набора статистики. Эти анимации составлены из многих десятков промежуточных результатов по поиску бозона Хиггса в двух самых интересных каналах распада — на два фотона и на ZZ-пары. Они очень наглядно показывают сразу несколько важных особенностей поиска новых частиц на ускорителях: как меняются сами данные и их интерпретация, как ведут себя статистические флуктуации, на каком этапе видимый невооруженным глазом «сигнал» является реальностью, а на каком — всё еще игрой случая, и наконец, чем отличается поиск сигнала в процессе с большой статистикой и большим фоном от процесса с малой статистикой и почти без фона.


07.03.2013 | Комментарии (26)

Обнародованы новые результаты по свойствам хиггсовского бозона

Новые данные CMS по изучению распадов бозона Хиггса на ZZ-пары

На проходящей сейчас конференции Moriond-2013 были представлены доклады с новыми результатами Большого адронного коллайдера по свойствам бозона Хиггса. Это первые результаты, которые используют практически весь объем данных, набранных на LHC в 2011–2012 годах. Вот краткое описание ситуации, которая теперь сложилась в разных каналах распада бозона Хиггса.


23.02.2013 | Комментарии (91)

Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены

Стабильность хиггсовского потенциала в зависимости от массы бозона Хиггса (по горизонтали) и массы топ-кварка (по вертикали)

На днях по российским СМИ прокатилась очередная околонаучная «страшилка». Новость, перепечатанная в сотне изданий, рубила наповал: мол, вычисления американского физика Джозефа Ликкена показывают, что хиггсовский бозон станет ни много ни мало причиной смерти нашей Вселенной. Вот описание реального положения дел.


19.02.2013 | Комментарии (23)

Физики обсуждают варианты «хиггсовской фабрики»

Так в представлении художника могут выглядеть различные варианты «хиггсовской фабрики»

Хиггсовский бозон открыл перед физиками новую грань нашего мира, и теперь им предстоит изучить ее во всех подробностях. Для этого предполагается создать «хиггсовскую фабрику» — ускоритель, оптимизированный именно для этой задачи. Научное сообщество приступило к обсуждению различных схем такой установки.


22.12.2012 | Комментарии (14)

В журнале Science вышли статьи про открытие хиггсовского бозона

В рамках подведения научных итогов года журнал Science назвал открытие хиггсовского бозона прорывом 2012 года. В связи с этим в выпуске журнала за 21 декабря появились не только научно-популярные заметки об этом открытии, но и четыре полноценных статьи.

Две из них — статья коллаборации CMS и статья коллаборации ATLAS — описывают процедуру и результаты поиска бозона Хиггса в данных за 2011-й и первую половину 2012 года. По сути, они соответствуют статьям, опубликованным уже несколько месяцев назад в Physics Letters B (CMS, ATLAS), только написаны чуть более простым языком. Еще одна статья рассказывает о долгом пути к этому открытию, который прошли обе коллаборации, начиная от истории их создания и заканчивая тонкостями поиска хиггсовского сигнала в отдельных каналах распада. Наконец, краткая заметка про хиггсовский бозон содержит справочный материал для понимания предыдущих статей.

В соответствии с политикой ЦЕРНа, эти статьи — как и все другие статьи, описывающие результаты работы Большого адронного коллайдера, — находятся в свободном доступе.


19.12.2012 | Комментарии (44)

Новые данные ATLAS по хиггсовскому бозону: интрига сохраняется

Рис. 1. Пример события рождения двух фотонов высокой энерии в детекторе ATLAS, которое могло произойти через промежуточное рождение и распад хиггсовского бозона

Коллаборация ATLAS обновила данные по распаду хиггсовского бозона на два фотона и на пару Z-бозонов. Подтверждается самый громкий результат LHC — существенное превышение двухфотонного распада по сравнению со Стандартной моделью. Обнаружились также нестыковки в массе бозона Хиггса, но они объясняются, по-видимому, статистической флуктуацией и вовсе не свидетельствуют о том, что коллайдер «видит» два бозона Хиггса.


09.12.2012 | Комментарии (5)

Продолжают появляться обзоры по физике хиггсовского бозона

Спустя несколько месяцев после важнейших результатов LHC по физике хиггсовского бозона начали одна за другой появляться обзорные статьи, описывающие разные аспекты хиггсовского механизма в свете новых результатов.

Так, недавний обзор arXiv:1211.4828 рассказывает об истории и тонкостях экспериментального поиска бозона Хиггса на коллайдерах LEP, Тэватрон и LHC.

В другой недавней статье, arXiv:1212.1380, описывается общий подход к тому, как, используя данные с коллайдеров, анализировать и накладывать ограничения на разнообразные теории за пределами Стандартной модели. Приводятся примеры конкретных моделей в свете последних данных LHC. Авторы обещают, что статья будет обновляться по мере появления новых данных.


15.11.2012 | Комментарии (6)

Новые данные LHC по бозону Хиггса не изменили общую картину

На проходящем сейчас в Киото симпозиуме по физике на адронных коллайдерах были наконец-то представлены новые данные коллабораций ATLAS и CMS по свойствам бозона Хиггса. В среду было сделано несколько отдельных докладов, посвященных распаду хиггсовского бозона по разным каналам, а в четверг обе коллаборации подвели общие результаты этих исследований по состоянию на сегодняшний день.

Напомним, что хиггсовский бозон с массой около 125 ГэВ оказался очень удобным для исследования, поскольку физики могут изучать сразу пять разных каналов распада и сравнивать данные с теоретическими предсказаниями (подробности про разные каналы распада см. в нашей июльской новости Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее). Среди них выделяются два «чистых» канала — распад на два фотона и распад на пару ZZ с их последующим распадом на электроны или мюоны. В этих каналах новая частица проступает наиболее отчетливо, и именно благодаря им исходно было сделано ее открытие. Кроме того, распад на два фотона оказался в полтора-два раза более интенсивным, чем ожидалось Стандартной моделью — это пока остается самым «горячим» результатом LHC (подробности см. на страничке Изучение бозона Хиггса).

Открытие бозона, объявленное в июле, основывалось на статистике около 5 fb–1, набранной в 2011 году, и 6 fb–1 за 2012 год. К настоящему моменту обработанная статистика 2012 года удвоилась и составляет 13 fb–1 (а полная набранная в этом году статистика уже достигла 20 fb–1). Поэтому были все основания ожидать, что погрешности в двух наиболее чистых каналах заметно уменьшатся.

К сожалению, в этот раз обе коллаборации не показали, что происходит с распадом на два фотона на полной статистике. По-видимому, обработка данных оказалась более трудоемкой, чем раньше. В случае распада на ZZ обновления тоже были минимальные: хиггсовский пик виден чуть лучше, чем раньше, но принципиально новых результатов нет. Однако три оставшихся канала распада (на тау-лептоны, на WW-пары с их последующим распадом на лептоны и нейтрино, а также на b-анти-b-пары) существенно обновились.

Интрига с распадом на тау-лептоны состояла в том, что в июльских данных этого распада попросту не было видно. Это тоже взбудоражило теоретиков, которые начали выдвигать по этому поводу разнообразные предположения. Сейчас оказалось, что этот распад начинает проступать в данных, но надежно измерить его пока не получается из-за больших погрешностей. Измеренная интенсивность этого распада составляет 0,7 ± 0,7 от Стандартной модели (по данным ATLAS) и 0,8 ± 0,5 (по данным CMS). Таким образом, этот распад тоже становится вполне «стандартным».

Что касается двух других распадов, то в них ATLAS и CMS показывают противоположные тенденции. CMS видит, что распад на b-кварки превышает стандартные ожидания, а на WW — идет плохо. ATLAS, наоборот, не видит распад на b-кварки, зато измеренный им WW-канал превышает ожидания Стандартной модели. Конечно, ни о каком существенном разногласии пока речи не идет — слишком велики погрешности измерений. Однако это означает, что если на глаз усреднить два эксперимента, то оба этих распада дадут вполне стандартное значение.

Среди других результатов стоит отметить первую попытку выяснить CP-четность обнаруженного бозона: скаляр это или псевдоскаляр. Хиггсовский бозон стандартной модели должен быть скаляром, но в неминимальных вариантах хиггсовского механизма часто появляется псевдоскаляр. Анализ CMS показал, что данные предпочитают скаляр; псевдоскаляр исключен на уровне статистической значимости в 2,5 стандартных отклонения.

Таким образом, сейчас, в ожидании новых результатов по двухфотонному распаду, можно лишь констатировать, что никаких существенных отклонений от Стандартной модели по-прежнему не наблюдается.

Многочисленные дополнительные подробности можно найти на страницах коллабораций, посвященных результатам по физике хиггсовского бозона (ATLAS, CMS), а также в блогах Мэтта Стрэсслера и Resonaances.


18.10.2012 | Комментарии (35)

Появляются первые обзоры по результатам поиска бозона Хиггса на LHC

Открытие на Большом адронном коллайдере частицы, очень похожей на хиггсовский бозон, стало главным событием года в физике элементарных частиц. Ситуация, впрочем, здесь еще очень далека от завершения. Во-первых, и сами экспериментальные данные, и их интерпретация будут уточняться (новая «порция» результатов ожидается в ноябре). Во-вторых, теоретики еще не пришли к консенсусу относительно того, что это за бозон, а если это даже и бозон Хиггса, то из какой именно модели. Тем не менее даже в этой довольно-таки сумбурной ситуации начинают появляться первые обзорные статьи, пытающиеся систематизировать то, что уже наработано к настоящему моменту.

Три недели назад в архиве е-принтов вышел обзор, посвященный поиску хиггсовского бозона на Тэватроне и LHC. В нем подробно перечислены экспериментальные методики и стратегии поиска бозона на адронных коллайдерах, приведены окончательные данные Тэватрона и самые последние результаты Большого адронного коллайдера (краткое описание текущего состояния см. также на наших страница Поиск бозона Хиггса: результаты и Изучение бозона Хиггса).

Первый теоретический обзор сложившейся ситуации, сделанный сразу после открытия бозона, появился еще в июле. С тех пор, правда, вышло уже более сотни научных статей, обсуждавших разнообразные аспекты этого открытия. Обновленное понимание ситуации представил Майкл Пескин в своем заключительном докладе на рабочей конференции Higgs Hunting 2012; текстовая версия его доклада доступна в архиве е-принтов. На днях вышел еще один теоретический обзор, правда более узкоспециальный. Он был посвящен обсуждению того, как хиггсовский бозон с массой 125 ГэВ (и, в частности, его распад на два фотона) вписывается в различные суперсимметричные модели. Напомним, что прямой поиск суперсимметричных частиц на LHC пока не привел к успеху, но возможно, что какие-то новые намеки на существование суперсимметрии можно будет получить из свойств хиггсовского бозона.

А на русском языке недавно появился небольшой обзор текущей ситуации от Валерия Рубакова, опубликованный в октябрьском выпуске журнала УФН. Его можно порекомендовать всей русскоязычной публике, интересующейся развитием ситуации с хиггсовским бозоном.

См. также:
Видео- и аудиозапись публичной лекции Валерия Рубакова «Открытие новой фундаментальной частицы — бозона Хиггса — на Большом адронном коллайдере», 11.10.2012.


11.08.2012 | Комментарии (42)

Как отличить два хиггсовских бозона с массой 126 ГэВ от одного?

Поскольку недавние измерения свойств хиггсовского бозона показывают некоторое отличие от предсказаний Стандартной модели, теоретики изучают сейчас самые разные модели, которые могли бы объяснить эти отличия. Одна из рассматриваемых возможностей состоит в том, что в области 126 ГэВ имеется не один, а сразу два или больше нейтральных хиггсовских бозонов с одинаковой или очень близкой массой, но существенно отличающимися свойствами. Детектор же в силу своего недостаточного энергетического разрешения «видит» только один пик, который сейчас и интерпретируется как один-единственный бозон, но с необычными свойствами. Пример такой ситуации в рамках одной из неминимальных суперсимметричных моделей (NMSSM) недавно обсуждался в статье arXiv:1207.1545.

В этой связи возникает естественный вопрос: если мы не можем экспериментально разделить два близких пика из-за плохого энергетического разрешения, существует ли какой-то иной способ отличить такую двух- или многохиггсовскую ситуацию от ситуации с действительно одним хиггсовским бозоном? Именно этот вопрос изучался в появившейся на днях статье arXiv:1208.1817. Все вычисления для примера были проведены в рамках той же модели NMSSM, но авторы подчеркивают, что их подход сгодится и для других моделей.

Они предлагают не просто изучать рождение и распад бозона Хиггса, а раздельно измерять, какой процент бозонов Хиггса рождается за счет слияния двух глюонов, а какой — за счет слияния W-бозонов (про разные возможности рождать хиггсовский бозон см. на странице Рождение и распад хиггсовского бозона). Далее, в каждом из этих двух вариантов надо измерить вероятности распадов на тот или иной набор конечных частиц, а затем построить некоторые двойные отношения (конкретные примеры приведены в статье). Эти отношения можно измерить экспериментально, и если они будут заметно отличаться от единицы, это станет четким сигналом наличия как минимум двух хиггсовских бозонов с разными свойствами при 126 ГэВ.

В этим предложении важно то, что оно не предъявляет к детекторам какие-то сверхтребования типа резкого улучшения энергетического разрешения. Однако существенное (в сто раз) увеличение статистики всё же потребуется. Таким образом, пользу эта проверка принесет не раньше, чем через несколько лет. Однако если коллайдер будет успешно работать, то рано или поздно эти две ситуации действительно можно будет различить на LHC.


02.08.2012 | Комментарии (36)

Вышли статьи ATLAS и CMS про поиск хиггсовского бозона

Новые результаты коллаборации CMS по измерению интенсивности хиггсовского сигнала в разных каналах распада

1 августа в архиве епринтов одновременно появились подробные статьи коллабораций ATLAS и CMS, касающиеся поиска хиггсовского бозона. Сейчас обработка результатов доведена до конца и в отдельных случаях слегка улучшена. Таким образом, эти данные представляют собой «официальные» результаты Большого адронного коллайдера по изучению бозона Хиггса по состоянию на начало августа 2012 года.


16.07.2012 | Комментарии (160)

Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее

Одно из событий рождения хиггсовского бозона и его распада на два фотона, зарегистрированных детектором CMS

4 июля ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса — частицы, которая играет ключевую роль в современной физике микромира и которую ученые искали почти полвека. На смену поискам теперь приходит всестороннее изучение хиггсовского бозона и попытки увидеть Новую физику в его свойствах.


04.07.2012 | Комментарии (238)

В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона

4 июля в ЦЕРНе состоялся специальный семинар, на котором были представлены новые результаты по поиску хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Напомним, что полгода назад, после обработки статистики за 2011 год, две главные коллаборации, работающие на коллайдере, — ATLAS и CMS — получили первые серьезные намеки на существование этой частицы с массой около 125 ГэВ. Хоть полученный тогда сигнал действительно напоминал проявление бозона Хиггса, статистическая значимость оставалась небольшой — 2–3 стандартных отклонения. Сейчас же, после обработки новой статистики, набранной в этом году к середине июня, а также благодаря ряду усовершенствований при обработке данных ожидалось, что статистическая значимость превысит заветные 5 стандартный отклонений. Это тот рубеж, за которым физики официально объявляют об открытии частицы.

И действительно, в двух подробных докладах коллаборации CMS и ATLAS показали, что сигнал 2011 года проявляется и в новых данных. Локальная статистическая значимость достигла 4,9 и 5,0 стандартных отклонений в детекторах CMS и ATLAS. Несмотря на то, что объединение данных по двум детекторам официально не проводилось, очевидно оно существенно превышает границу, за которой следует открытие. Таким образом, можно однозначно сказать: новая частица открыта.

Почему физики считают, что открытая частица — действительно хиггсовский бозон? Дело в том, что бозон Хиггса имеет очень четкую картину распада на более легкие частицы. Результат LHC заключается не столько в том, что частица найдена, сколько в том, что она проявляется сразу в нескольких каналах распада и примерно с той интенсивностью, с которой должен проявляться хиггсовский бозон. Считать, что природа нас «обманывает» и что перед нами какая-то другая частица, сразу по нескольким параметрам очень похожая на бозон Хиггса, но не являющаяся им, было бы очень неправдоподобно.

Подробная новость про это открытие и его значение скоро появится на «Элементах», а пока можно порекомендовать следующие материалы:


03.07.2012 | Комментарии (7)

Тэватрон обновил свои результаты по поиску хиггсовского бозона

Результаты поиска бозона Хиггса на Тэватроне по состоянию на лето 2012 года. Глобальная статистическая значимость превышения над фоном составляет 2,5σ

2 июля 2012 года в Фермилабе прошел специальный семинар, на котором были представлены обновленные данные по поиску хиггсовского бозона на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон. Одновременно с этим появилась и совместная статья двух коллабораций DZero и CDF, работавших на Тэватроне, с подробнейшей информацией по этому поиску.


Наверх  |  следующая >>
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия