У Тэватрона есть шансы заметить хиггсовский бозон раньше LHC

Ожидаемая вероятность обнаружить стандартный хиггсовский бозон на Тэватроне к концу 2009-го или 2011 года. График из доклада на конференции AAAS

С 12 по 16 февраля в Чикаго прошла большая конференция AAAS (American Association for the Advancement of Science), на которой были представлены доклады по самым разным направлениям современной физики и других естественных наук. Презентации, относящиеся к физике элементарных частиц и астрофизике, были недавно выложены на сайте Национальной лаборатории им. Э. Ферми («Фермилаб») в Чикаго. Одним из самых интересных стал доклад представителя Фермилаба Дмитрия Денисова Closing in on the Higgs with the Tevatron Data (PDF, 2,5 Мб), в котором были обрисованы перспективы открытия хиггсовского бозона на фермилабовском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон.

Вообще говоря, рождение хиггсовского бозона в столкновении протонов — процесс чрезвычайно редкий. Для того чтобы его обнаружить в эксперименте, требуется сначала набрать очень много статистики, а затем с помощью специальных методов обработки данных отсеять всё лишнее. Очевидно, что чем больше накоплено статистики и чем более прозорливы методы обработки данных, тем более редкие процессы удастся зарегистрировать физикам.

Поиск хиггсовского бозона будет одной из центральных задач Большого адронного коллайдера. Однако, пока LHC не начал свою работу, единственным ускорителем, имеющим хоть какие-то шансы найти бозон Хиггса, остается Тэватрон. Более того, в соответствии с недавно принятым планом работы LHC к концу 2010 года, на Большом адронном коллайдере будет накоплено всё еще недостаточно статистики для того, чтобы соперничать с Тэватроном в поиске хиггсовского бозона. Поэтому у Тэватрона есть в запасе как минимум два года для того, чтобы первым заметить хиггсовский бозон. В последние годы он работает в ударном темпе; скорость накопления статистики на нём постоянно возрастает, и пару раз в год исследователи сообщают о результатах обработки новых накопленных данных.

Обычно, когда физики делают доклад о результатах поиска хиггсовского бозона, они предъявляют график «коэффициента недочувствительности» — числа, показывающего, во сколько раз требуется еще увеличить статистику, чтобы зарегистрировать бозон с той или иной массой или доказать его отсутствие в этом диапазоне масс (см. подробности в нашей новости Тэватрон скоро начнет чувствовать хиггсовский бозон). На конференции AAAS новых данных представлено не было, однако был показан другой, не менее интересный график (см. рисунок). Здесь представлена вероятность того, что хиггсовский бозон с той или иной массой будет замечен на Тэватроне к концу 2009 года (красная линия) и 2011 года (синяя линия).

Строго говоря, масса хиггсовского бозона заранее не известна, поэтому ничего более конкретного сейчас сказать нельзя. Впрочем, имеются косвенные указания на то, что эта масса меньше 180–190 ГэВ. Если эти данные серьезно принять во внимание, то шансы Тэватрона заметить хиггсовский бозон хоть на каком-то небольшом уровне статистической значимости оказываются довольно большими (усреднение синей ломаной со 115 до 190 ГэВ дает среднюю вероятность 50%).

Впрочем, тут стоит отметить два момента. Во-первых, даже если Тэватрон обнаружит какой-то сигнал, это, согласно терминологии, принятой в физики элементарных частиц, будет считаться не открытием, а лишь «указанием на существование». Открыть хиггсовский бозон (то есть увидеть сигнал, превышающий фон на уровне пяти стандартных отклонений) сможет только LHC.

Во-вторых, этот график нарисован в предположении, что хиггсовский механизм работает именно так, как предсказано в Стандартной модели. Но как на самом деле устроена природа, мы заранее не знаем; вполне вероятно, что в ней реализуется какой-нибудь из неминимальных хиггсовских механизмов. В этом случае свойства хиггсовского бозона будут совсем не такими, как в Стандартной модели, и опираться на приведенный график уже нет смысла. При таком развитии событий необнаружение хиггсовского бозона на Тэватрона не означает практически ничего, и физикам тогда придется дожидаться результатов Большого адронного коллайдера на номинальной светимости хотя бы в течение пары лет (ориентировочно, к концу 2012 года).

Последние новости: LHC