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

Рис. 1. Пример события рождения двух фотонов высокой энерии в детекторе ATLAS, которое могло произойти через промежуточное рождение и распад хиггсовского бозона. В центральной части детектора видны следы заряженных частиц небольшой энергии, а два ярких желтых пятна отвечают двум фотонам, зарегистрированным электромагнитным калориметром. Изображение из доклада коллаборации ATLAS

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.

Изучение хиггсовского бозона: краткая предыстория

4 июля 2012 года на специальном семинаре в ЦЕРНе было объявлено об открытии хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Эта частица — отголосок нарушения электрослабой симметрии — кардинального преобразования нашей Вселенной, случившегося в эпоху ее «горячей юности» — была предсказана теоретиками еще полвека назад. Но только сейчас, спустя десятилетия поисков в самых разных экспериментах, ее существование было надежно установлено. С полным правом можно сказать, что в физике частиц завершилась эра поисков бозона Хиггса и началась эпоха его всестороннего изучения.

Изучать хиггсовский бозон нужно для того, чтобы выяснить, из какой именно разновидности хиггсовского механизма он возникает. А это, в свою очередь, должно рассказать о том, каково глубинное устройство нашего мира, какая именно из многочисленных гипотез Новой физики имеет отношение к реальности. Именно поэтому обнаружение бозона Хиггса является не концом, а только началом научной программы по его исследованию.

Вот основные вопросы, на которые физики хотят получить ответы в экспериментах на Большом адронном коллайдере:

  • сколько существует типов хиггсовского бозона и каковы их характеристики (масса, заряд, спин и т. д.)?
  • на что они распадаются и с какой вероятностью?
  • если LHC видит только один хиггсовский бозон, то отличаются ли его свойства от предсказаний Стандартной модели?

По состоянию на лето 2012 года сложилась такая картина.

  • Была достоверно обнаружена частица с массой в районе 125–126 ГэВ, свойства которой очень напоминали свойства хиггсовского бозона. Она находится примерно в том диапазоне масс, на который указывали более ранние косвенные данные, и распадается на те самые наборы частиц («каналы распада»), которые ожидаются от более или менее стандартного хиггсовского бозона. По этой причине подавляющее большинство физиков с самого начала было уверено в том, что это именно бозон Хиггса. Дополнительных хиггсовских бозонов пока не видно.
  • Хиггсовский бозон проявлял себя наиболее четко в двух самых чистых каналах распада: это распад на два фотона и распад на два Z-бозона с их последующим распадом на четыре лептона (электрона или мюона). Поиски велись еще в трех каналах распада, но из-за больших статистических погрешностей и сильного фона заметить проявления бозона Хиггса в них не удавалось.
  • Самый громкий результат состоял в том, что измеренная вероятность распада на два фотона оказалась в полтора-два раза больше, чем предсказывалось Стандартной моделью. Это превышение было синхронно замечено в двух главных детекторах, работающих на коллайдере, — CMS и ATLAS. Теоретики сразу же накинулись на этот результат, предлагая десятки разных объяснений в рамках тех или иных моделей Новой физики. Экспериментаторы охлаждали их пыл, терпеливо повторяя, что отличие от Стандартной модели пока не слишком статистически значимо, так что делать выводы пока рано.
  • В других каналах распада тоже наблюдались интересные эффекты; например, распад на два тау-лептона был попросту не виден. Однако из-за еще больших погрешностей данных каких-то далеко идущих выводов тут пока не делалось.
  • Наметилось некоторое расхождение между экспериментами ATLAS и CMS относительно общей интенсивности рождения и распада хиггсовского бозона. ATLAS в среднем давал превышение над ожиданиями Стандартной модели, а в данных CMS, наоборот, наблюдался нехватка хиггсовских бозонов. Опять же, пока статистика невелика, это расхождение не вызывает беспокойства и вполне может быть списано на статистическую флуктуацию.

Дополнительные подробности см. на страничках Поиск бозона Хиггса: результаты и Изучение бозона Хиггса, а также в новости Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее. Ссылки на первые обзоры по физике хиггсовского бозона на LHC можно найти в наших коротких новостях.

Летние результаты были основаны на статистике, накопленной за 2011 год (интегральная светимость примерно 5 fb–1 на энергии протонных столкновений 7 ТэВ) и за первые месяцы работы 2012 года (примерно 6 fb–1 на энергии 8 ТэВ). Однако в дальнейшем коллайдер набирал статистику всё более ударными темпами: за лето и осень было накоплено еще примерно 15 fb–1. Поэтому ожидалось, что обе коллаборации — CMS и ATLAS — ближе к концу года выступят с обновленными данными. Если в них отклонения от Стандартной модели будут по-прежнему велики, а погрешности уменьшатся, то это будет сильным свидетельством в пользу того, что Новая физика наконец-то найдена.

В ноябре в Японии прошел крупный симпозиум по физике на адронных коллайдерах. Оба эксперимента представили там обновленные данные по хиггсовкому бозону, однако самые интересные каналы распада (два фотона и в случае ATLAS еще и ZZ) обновлены не были. Можно было предположить, что коллаборации либо обнаружили что-то новое и интересное, либо столкнулись с какими-то трудностями. Так или иначе, исследовательские группы решили не торопиться и лишний раз себя перепроверить.

Новые данные ATLAS

13 декабря, после примерно месячного ожидания, были обнародованы новые результаты коллаборации ATLAS на статистике 13 fb–1 (плюс данные 2011 года). Доклады представителей этого эксперимента прозвучали в рамках Мини-программы по идентификации бозона Хиггса в Институте теоретической физики им. Кавли, а также на традиционном декабрьском семинаре в ЦЕРНе, на котором подводились итоги работы LHC в прошедшем году. На странице научных результатов ATLAS также появились технические статьи с подробными графиками и описанием.

Рис. 2. Хиггсовский сигнал в двухфотонном канале распада. Слева: распределение событий по инвариатной массе двух фотонов, справа: интенсивность хиггсовского сигнала в данных 2011-го и 2012 годов

Рис. 2. Хиггсовский сигнал в двухфотонном канале распада. Слева: распределение событий по инвариатной массе двух фотонов, справа: интенсивность хиггсовского сигнала в данных 2011-го и 2012 годов. Изображения из технического сообщения коллаборации ATLAS

Новые результаты, касающиеся распада на два фотона (H → γγ), таковы:

  • Хиггсовский сигнал проявляется всё четче и четче. На рис. 2, слева, показано распределение двухфотонных пар по инвариантной массе. Отчетливо видно, что на фоне плавного распределения (то есть рождения двух фотонов высокой энергии без участия бозона Хиггса) виден небольшой бугорок в районе 126 ГэВ. Он отвечает тем дополнительным случаям рождения двух фотонов, которые возникли из распада бозона Хиггса. Сравните этот график с аналогичным распределением полугодичной давности (рис. 2, слева, в июльской новости).
  • Статистическая значимость этого пика составляет 6,1 стандартных отклонений. Таким образом, даже если бы у нас не было данных по другим каналам распада, один лишь этот канал был бы достаточен для объявлении об открытии бозона Хиггса.
  • На радость физикам, интенсивность хиггсовского сигнала остается высокой, существенно превышающей ожидание Стандартной модели. Отношение реальных данных к ожидаемым составляет в этом канале μγγ = 1,8 ± 0,3+0,29–0,21 (первая погрешность статистическая, вторая — систематическая). Отличие от единицы (то есть от Стандартной модели) составляет примерно 2 стандартных отклонения. Это, конечно, еще не слишком впечатляющий результат, но хорошо уже то, что по мере накопления данных это число не флуктуирует вокруг единицы, а систематически остается большим (см. график на рис. 2, справа, где эта интенсивность показана по отдельности для данных 2011 года и для первой и второй половины 2012 года).

Рис. 3. Хиггсовский сигнал в распаде на два Z-бозона с последующим их лептонным распадом. Слева: распределение событий по инвариатной массе четырех лептонов, справа: то же, но для конкретного канала распада (четыре мюона). Выделена область 120–130 ГэВ, в которой происходят статистические флуктуации

Рис. 3. Хиггсовский сигнал в распаде на два Z-бозона с последующим их лептонным распадом. Слева: распределение событий по инвариатной массе четырех лептонов, справа: то же, но для конкретного канала распада (четыре мюона). Выделена область 120–130 ГэВ, в которой происходят статистические флуктуации. Изображения из технического сообщения коллаборации ATLAS

Хиггсовский сигнал в распаде на два Z-бозона (H → ZZ → лептоны) тоже продолжает усиливаться (см. рис. 3). Особенность этого канала в том, что количество событий, прошедших все этапы отбора, очень мало, но зато и фон очень слабый. Если в данных полугодичной давности наблюдалось 13 событий (а должно было бы быть примерно 5, если бы не было хиггсовского бозона), то теперь наблюдается уже 18 событий при бесхиггсовском фоне примерно в 8. Хиггсовский сигнал налицо: его статистическая значимость составляет 4,1 стандартных отклонения. Интенсивность этого сигнала равна примерно μZZ = 1,3+0,6–0,4, то есть вполне согласуется со стандартным бозоном Хиггса.

Самый неожиданный результат новых данных принесли измерения массы хиггсовского бозона (по-видимому, тщательной перепроверкой этого результата коллаборация и занималась лишний месяц). Поскольку эта частица нестабильна, ее нельзя «взвесить» напрямую. Однако ее массу можно восстановить по суммарной энергии продуктов ее распада, то есть по положению центра пика на графиках на рис. 2 и 3.

Рис. 4. Измерения масс (по горизонтальной оси) и интенсивностей (по вертикальной оси) хиггсовского бозона. Красным показаны данные, полученные из распада на два фотона, синим — данные ZZ-распада. Черным показаны результаты их статистического объединения

Рис. 4. Измерения масс (по горизонтальной оси) и интенсивностей (по вертикальной оси) хиггсовского бозона. Красным показаны данные, полученные из распада на два фотона, синим — данные ZZ-распада. Черным показаны результаты их статистического объединения. Изображение из технического сообщения коллаборации ATLAS

Это измерение можно выполнить независимо и для двухфотонного, и для ZZ-канала распада. И вот тут оказалось, что эти два измерения не слишком стыкуются друг с другом. Распад на два Z-бозона дал значение MH→ZZ = 123,5 ± 0,9+0,4–0,2, а распад на два фотона показывает несколько большую массу, MH→γγ = 126,6 ± 0,3 ± 0,7. Обсуждение возможных причин этого расхождения см. ниже.

Наконец, были также представлены новые данные по проверке спина и четности бозона Хиггса. Эти две характеристики рассказывают о том, какого типа частица перед нами. Пускаться в подробные объяснения здесь, вероятно, не стоит; достаточно лишь упомянуть, что от хиггсовского бозона ожидали только одной комбинации: нулевой спин и положительная четность. Любой альтернативный вариант (ненулевой спин или отрицательная четность) автоматически означал бы, что либо это и не бозон Хиггса вовсе, либо физики наткнулись на какую-то совсем экзотическую его разновидность.

Так же, как и с массой, эти характеристики нестабильной частицы изучаются не напрямую, а через продукты распада. В каждом конкретном событии рождения и распада бозона частицы — продукты распада разлетаются в произвольные стороны. Однако при усреднении по всей накопленной статистике проявляются некие предпочтительные комбинации углов разлета, которые зависят от характеристик исходной частицы. Коллаборация ATLAS изучила их и обнаружила, что они вполне согласуются с нулевым спином и положительной четностью. Экзотические варианты закрыты на уровне достоверности 99% (отрицательная четность) или свыше 90% (ненулевой спин).

Два бозона Хиггса?

Из всех этих данных особое внимание привлекает, конечно, нестыковка между измерениями массы в двухфотонном и ZZ-каналах распада (рис. 4). Самая радикальная ее интерпретация состоит в том, что физики видят проявления не одного, а по крайней мере двух бозонов Хиггса. Теоретически, такое вполне возможно. Во многих неминимальных вариантах хиггсовского механизма есть несколько бозонов Хиггса. При этом некоторые из них могут оказаться близки друг к другу по массе, но обладать очень разными свойствами. Скажем, один из двух бозонов Хиггса может быть связан с возникновением массы у фермионов, а второй — у бозонов. Тогда первый проявляется только в распаде на два фотона, а у второго в силу каких-то дополнительных причин может быть перекос в сторону ZZ-распада.

Несмотря на эту теоретическую возможность, она пока не является самой естественной гипотезой. Наиболее правдоподобным объяснением расхождения следует считать статистическую флуктуацию, и вот почему.

Распад на два фотона измеряется точнее, чем ZZ-распад. Во-первых, там точнее восстанавливается инвариантная масса. Во-вторых, в двухфотонном канале имеется уже порядка 200–300 хиггсовских событий, в то время как в распаде на ZZ (с их последующим распадом на лептоны) — всего около десятка (то есть примерно половина от всех отобранных ZZ-событий идут через рождение и распад бозона Хиггса). По сравнению с данными полугодичной давности двухфотонный расчет стабилен: масса и тогда, и сейчас получилась примерно 126,5 ГэВ. А вот оценка массы по ZZ-каналу пока что сильно скачет. Раньше она была примерно 125 ГэВ, а сейчас снизилась до 123,5 ГэВ. Это и неудивительно: каждое новое событие такого типа может заметно повлиять на среднее значение.

Оказывается, удалось даже проследить, что это изменение произошло за счет всего лишь одного конкретного варианта распада (H → ZZ → 2μ+). Взгляните на рис. 3, справа, где показан как раз вклад этого канала распада, и в особенности — на область от 120 до 130 ГэВ. В эту область попало 8 событий, но только оказалось, что они распределены неравномерно: 7 событий в интервале 120–125 ГэВ и одно — в интервале от 125 до 130 ГэВ. По сути, это напоминает игру в орла и решку: в серии из восьми подбрасываний монетки, в среднем, будет четыре орла и четыре решки, но в какой-то единичной серии подбрасываний расклад может оказаться и семь к одному (читателю предлагается найти вероятность такого события). Так что даже если бы истинная вероятность для каждого события попасть в эти два интервала была одинаковой (то есть истинная масса бозона Хиггса равнялась бы 125 ГэВ), такой расклад был бы не так уж невероятен.

Стоит еще упомянуть и систематические погрешности. Может ли причина скрываться в том, что какой-то из компонентов детектора был неправильно откалиброван, из-за чего измерения в одном из этих двух каналов распада систематически дают завышенную или заниженную энергию частиц? Конечно, исключить такой ситуации нельзя, но это очень маловероятно.

Рис. 5. Стабильность показаний электромагнитного калориметра детектора ATLAS в течение 2012 года

Рис. 5. Стабильность показаний электромагнитного калориметра детектора ATLAS в течение 2012 года. Изображение из доклада коллаборации ATLAS

Дело в том, что первые год-два после запуска коллайдера, когда никаких громких результатов еще не было, физики на самом деле выполнили огромный объем скучной, но необходимой работы. Они «переоткрыли» Стандартную модель и тем самым откалибровали весь детектор с высокой точностью. В дальнейшем все характеристики детектора регулярно отслеживались. На рис. 5, например, показана исключительная стабильность работы электромагнитного калориметра, измеряющего энергию фотонов и электронов. Проверка выполнялась сразу по двум независимым процессам; флуктуации в течение года не превышают 0,1% и не видно никакого систематического смещения.

Стандартный бозон Хиггса или нет?

Вопрос, который теперь регулярно задается при обсуждении любых новых данных по бозону Хиггса: есть ли надежные указания на то, что обнаруженная частица является нестандартным бозоном Хиггса? Ответить на этот вопрос физики смогут, лишь тщательно измерив свойства бозона (и в частности, вероятности его распада по разным каналам) и сверив их с предсказаниями Стандартной модели.

Рис. 6. Интенсивность хиггсовского сигнала в пяти каналах распада: отношение реальных данных к ожиданиям Стандартной модели для бозона с массой 125 ГэВ

Рис. 6. Интенсивность хиггсовского сигнала в пяти каналах распада: отношение реальных данных к ожиданиям Стандартной модели для бозона с массой 125 ГэВ. Изображение из технического сообщения коллаборации ATLAS

В этом смысле, новые данные ATLAS поддерживают интригу. Двухфотонный распад остается очень большим, и в этом пока состоит главная новость. Остальных каналы распада «топчутся» вокруг единицы (то есть похожи на стандартный бозон Хиггса). Если объединить все пять изучаемых типов распада (рис. 6), то окажется, что, в общем-то, никакого существенного отличия от Стандартной модели не видно, и представители коллаборации подчеркивают этот факт в своих выступлениях. Однако это объединение — несколько противоестественная вещь. Никто не ожидает, что нестандартность бозона Хиггса будет проявляться одинаково во всех каналах распада (на то он и нестандартный!). Скорее, наоборот, с теоретической точки зрения двухфотонный распад стоит особняком, потому что он идет не напрямую, а через петли виртуальных частиц. Поэтому теоретики в целом склоняются к более оптимистичной интерпретации данных ATLAS.

Тут возникает еще такая тонкость в связи с аномально низким значением массы бозона Хиггса по измерениям в ZZ-канале. Когда физики вычисляют интенсивность хиггсовского сигнала, они сравнивают наблюдаемые данные с ожиданиями Стандартной модели. Но сами эти ожидания надо вычислять для какой-то определенной массы бозона Хиггса. Приведенное выше число μZZ ≈ 1,3 сосчитано в предположении, что масса бозона Хиггса именно такая, какую дает это канал (то есть 123,5 ГэВ). Однако если всё же принять, что реальная масса находится в районе 126 ГэВ, то это существенно увеличивает ожидания Стандартной модели, а значит, уменьшает величину μZZ примерно до 0,6–0,7. Для сравнения, коллаборация ATLAS подготовила целую серию графиков, как на рис. 6, для разных «опорных» масс бозона Хиггса от 123,5 до 126,5 ГэВ.

Что показывает CMS?

Весь этот разговор будет неполным без упоминания данных CMS — второго ключевого детектора Большого адронного коллайдера. Полгода назад CMS также показал некоторое превышение двухфотонного распада, хотя и не такое сильное, как ATLAS. Ни месяц назад, на симпозиуме по адронным коллайдерам, ни сейчас CMS не представил новых данных по двухфотонному распаду. Сохранится или ослабнет это превышение в новых данных CMS — один из главных вопросов на ближайшие месяцы.

Однако, в отличие от ATLAS, коллаборация CMS уже показывала месяц назад свои обновленные данные по ZZ-каналу распада. Измерения массы бозона в этом канале дали значение MH→ZZ = 126,2 ± 0,6 ± 0,2. Иными словами, аномальное значение массы в ZZ-канале ATLAS не стыкуется не только с γγ-каналом ATLAS, но и с ZZ-данными CMS.

Таким образом, расхождение в результатах измерения массы бозона Хиггса по ZZ- и двухфотонному каналу распада, по-видимому, связано со статистической флуктуацией в ZZ-канале. Оно не дает никаких серьезных оснований считать, что данные ATLAS указывают на два бозона Хиггса. Однако за этим расхождением надо будет пристально следить по мере накопления новых данных. Главным же результатом новой партии данных коллаборации ATLAS является подтверждение сильного распада бозона Хиггса на два фотона.

Источники:
1) Доклады 13 декабря: New (!!) ATLAS Diphoton and ZZ Results, KITP Miniprogram: Higgs Identification; Status of the ATLAS Experiment: Recent (Selected) Highlights, семинар в ЦЕРНе.
2) Технические сообщения (ATLAS Notes): распад на 2 фотона, распад на ZZ, объединенные результаты.

Игорь Иванов


44
Показать комментарии (44)
Свернуть комментарии (44)

  • gobova  | 20.12.2012 | 09:18 Ответить
    Бозон Хиггса - "частица-отголосок" или "частица-предтеча"?
    Ответить
    • spark > gobova | 20.12.2012 | 11:28 Ответить
      Отголосок. Исходно есть поле, а уже потом после нарушения электрослабой симметрии возникает частица как флуктуация относительно нарушенного вакуума.
      Ответить
      • gobova > spark | 23.12.2012 | 02:19 Ответить
        Все происходит в стремительно развивающейся Вселенной. Событие, нарушение электрослабой симметрии, произошло. Виртуальный безмассовый мир (весь?) превратился в материальный мир элементарных частиц. Механизм этого чудесного превращения - Хиггсовское поле (правомерно ли назвать поле Хиггса известным "ушком иголки"?). Но механизм появления самого Х. поля? Его место в развивающейся Вселенной?
        Бозон Хиггса - отголосок разрушения электрослабой симметрии. Но предтеча появления элементарной частицы?
        Ответить
        • spark > gobova | 23.12.2012 | 04:42 Ответить
          Хиггсовское поле было так же, как были и другие поля — электронное, электрмагнитное, нейтринное, кварковое и т.д. Вопрос, откуда они возникли, в этом разделе физики элементарных частиц (т.е. в электрослабой физике) не обсуждается. А затем по мере остывания вселенной, взаимодействие поля с самим собой, условно говоря, пересилило температуру, и поле сконденсировалось.
          Ответить
  • Икарыч  | 20.12.2012 | 11:22 Ответить
    Оказывается, в некоторых каналах распада подходящие события появляются раз в несколько недель! Но какой в этом смысл ?!? Вот собрал LHC 13 событий, соберет еще 20-30 и чего? Погрешности все равно останутся чудовищными, флуктуации - неадекватными, результаты - трудноинтерпретируемыми. По-моему толку тут мало, лучше бы сфокусировались на других распадах.
    Ответить
    • spark > Икарыч | 20.12.2012 | 11:32 Ответить
      Спасибо за ваши рекомендации, они направлены в Совет директоров ЦЕРНа. :)

      Когда коллайдер набирает статистику, он записывает ВСЕ потенциально интересные события. А уж потом десятки (возможно, сотня) отдельных групп анализируют статистику, фокусируясь на тех или иных конкретных процессах. Поэтому анализы отдельных каналов не мешают, а дополняют друг друга.

      А вообще ваша фраза про чудовищные погрешности показывает, что вы не слишком знакомы со статистикой. Иногда сильные выводы можно делать даже по нескольким событиям.
      Ответить
  • samara  | 20.12.2012 | 11:40 Ответить
    Спасибо за ёмкую и качественную статью.
    Ответить
    • spark > samara | 20.12.2012 | 21:41 Ответить
      Пожалуйста :)
      Ответить
  • Alextos  | 20.12.2012 | 19:56 Ответить
    По рисунку 3.
    Статистическая значимость маловата, но если подтвердятся выбросы при ~155 ГэВ и ~215 ГэВ, то каковы последствия для СМ.
    Ответить
    • spark > Alextos | 20.12.2012 | 21:42 Ответить
      Перестаньте спамить кажущимися вам статистическими выбросами. В дальнейшем подобные ваши вопросы будут удалаться.
      Ответить
  • denis_73  | 21.12.2012 | 01:09 Ответить
    Как я понял новая физика пока не найдена.

    1. Какова вероятность того, что распад на 2 фотона действительно нестандартный, а не кажущийся таковым по причине недостаточности набранной статистики?

    2. Какова вообще вероятность, что количество бозонов Хиггса равно 1, а не больше 1?
    Или, например, при пяти бозонах один из них будет настолько похож по всем характеристикам и распадам на найденный, что никакого предпочтения между вариантом с 1 бозоном и вариантом с 5 бозонами сделать пока что нельзя?

    Если рассмотреть неминимальный вариант, наиболее близкий к характеристикам найденного бозона, то каковы будут отклонения найденного бозона от этого варианта?
    Ответить
    • spark > denis_73 | 21.12.2012 | 11:05 Ответить
      Да, пока не найдена (если под этм понимать 5-сигма открытие на LHC).

      Все вопросы вида «какова вероятность, что в природе на самом деле дела обстоят так-то и так-то» — не вполне корректные, вплоть до неправильных. Я как-то подробно объяснял этот вопрос на страничке про «вероятность катастрофы на LHC» http://elementy.ru/LHC/LHC/safety/estimates
      Поэтому ответа на второй ваш вопрос не существует.

      Насчет первого вопроса — он тоже не очень корректный, но можно по крайней мере его скорректировать. Например, если предполождить, что двухфотонный распад _на самом деле_ стандартный, какова вероятность получить такую статистическую картину, которая наблюдается? Ответ — порядка нескольких процентов. Если бы мы в добавок знали априорную вероятность того, что в природе реализуется тут или иной вариант с таким-то ии другим распадом хиггса на два фотона, то мы бы смогли ответить и на исходный ваш вопрос, но такая априорная вероятность нам неизвестна.
      Ответить
      • denis_73 > spark | 21.12.2012 | 21:39 Ответить
        Не найдена - имел в виду, что и отклонение от СМ по двухфотонному распаду пока что не подтверждено этими 5-ю сигмами.

        Ну, допустим, если рассмотреть простейшие:
        1) минимальный вариант (стандартная модель, 1HDM),
        2) простейший неминимальный вариант (как я понимаю, это какой-то двухдублетный с 5 бозонами, 2HDM),
        3) MSSM,
        4) NMSSM.

        Найденный бозон с его характеристкиами и распадами насколько лучше соответствует (1), чем (2) или (3) или (4)?

        Допустим, будет 5 сигм по отклонению от СМ по двухфотоннному распаду.
        Есть ли сейчас, и возможны ли вообще какие-нибудь неминимальные варианты с одним бозоном Хиггса, которые будут соответствовать, например, в пределах 1 сигмы найденному бозону с его распадами?
        Ответить
        • spark > denis_73 | 21.12.2012 | 22:54 Ответить
          В этих неминимальных вариантах есть, как правило, много свободных параметров. В зависимости от них свойства легчайшего бозона Хиггса (с которым обычно отождествляют найденный бозон) меняются. В частности, обычно можно вполне подобрать такие параметры, чтобы все распады находились в пределах 1 сигма от наблюдаемых значений. Поэтому вопрос заключается не в том, есть ли какие-то модели, которые могут описать нынешние данные (конечно есть, и немало), сколько в том, насколько естественно это происходит в той или иной модели, большая или маленькая область в пространстве свободных параметров при этом выживает. Во всех перечисленных вами вариантах область параметров остается более-менее приличная. Какая из этих моделей более предпочтительна, ответить сейчас невозможно.
          Ответить
          • denis_73 > spark | 22.12.2012 | 01:49 Ответить
            Неминимальные варианты с одним бозоном Хиггса возможны?
            Ответить
            • spark > denis_73 | 22.12.2012 | 02:21 Ответить
              Только с одним? Нет. Такие теории пытались строить на заре создания Стандартной модели, но единственный вариант, который удовлетворяет данным по электрослабым взаимодействиям, это и есть Стандартная модель.
              Ответить
      • вечерний Андрей > spark | 24.12.2012 | 10:29 Ответить
        >>Я как-то подробно объяснял этот вопрос на страничке про «вероятность катастрофы на LHC» http://elementy.ru/LHC/LHC/safety/estimates

        Уважаемый spark!
        Вы можете прокомментировать вероятность катастрофы на LHC в аспекте кварк-глюонной плазмы, который не рассмотрен ни в Вашей статье, ни в оценке рабочей группы CERN? В отличие от прочих опасений, не имеющих наблюдательных аналогов, в случае с кварк-глюонной плазмой имеются наблюдаемые факты, говорящие о возможности реакции «ожелезнения» планеты.
        Проблема освещена в блоге физика из МГУ Георгия Рязанцева:
        http://blogs.mail.ru/mail/anis-mgu/
        Ответить
        • samara > вечерний Андрей | 24.12.2012 | 15:07 Ответить
          Захват хромоплазмой протона не осуществим.. КГП живёт слишком мало.
          имхо лжефизик ваш Рязанцев
          Ответить
  • PavelS  | 21.12.2012 | 03:58 Ответить
    Есть два основных детектора. При этом ATLAS во всех списках детекторов всегда пишут первым, а CMS - вторым. Есть ли основания говорить, что CMS хуже? Что CMS на вторых ролях? Читая статью, снова возникло такое же ощущение, что ATLAS впереди, а CMS лишь потом проверяет уже полученные результаты. Насколько это ощущение оправдано?
    Ответить
    • spark > PavelS | 21.12.2012 | 10:57 Ответить
      CMS ничуть не хуже. Обычный порядок — алфавитный, а также, возможно, отражающий тот факт, что коллаборация ATLAS возникла на 2 месяца раньше CMS.

      > Читая статью, снова возникло такое же ощущение, что ATLAS впереди, а CMS лишь потом проверяет уже полученные результаты.

      Совсем неправильное ощущение! CMS уже обновил ZZ канал, а ATLAS его только выложил сейчас. При этом это у ATLAS результат получился какой-то странный, и скорее всего они потом, после набора статистики, снова сдвинут результат измерения массы в этом канале. Ну и вообще, вы пройдитесь хотя бы по здешней ленте новостей, неоднократно бывало так, что какой-то результат сообщается только CMS, а не ATLAS.
      Ответить
      • PavelS > spark | 21.12.2012 | 19:51 Ответить
        ОК, принято. Тем не менее, даже если в рамках этой заметки сравнить количество печатных символов, раздел Атлас явно перевешивает. Видимо, отсюда и закралось ощущение. Думаю, это уже тема из области психологии.
        Ответить
        • spark > PavelS | 21.12.2012 | 21:34 Ответить
          Так эта заметка про новые результаты, представленные именно ATLAS. Просто ATLAS на днях обновил два канала. CMS свой ZZ обновил давно, а двухфотонный пока еще нет. Когда обновит, напишу и про него.
          Ответить
  • Incheck  | 21.12.2012 | 22:07 Ответить
    Не хочется переводить разговор в разряд эзотерики, но все же попробую сформулировать свой вопрос:
    в одном из Ваших предыдущих сообщений на Элементах Вы описывали методику произведения выборки событий таким образом, чтобы, грубо говоря, не выдать желаемое за действительное, к сожалению, я не могу вспомнить ее название (не смог найти тот текст). После накопления достаточной статистики для подтверждения существования бозона основной интерес вызывает его "нестандартность" - опять-таки в некотором смысле то желаемое, кторое хочется сделать действительным. Работает ли та старая методика в этом случае, когда основная часть community ищет уже не саму частицу (события обнаружения), а именно нестандартности бозона Хиггса? Надеюсь, я достаточно внятно сформулировал вопрос...
    Ответить
    • spark > Incheck | 21.12.2012 | 22:45 Ответить
      Заметка была вот эта: http://elementy.ru/LHC/news?newsid=431861

      Да, при изучении нестандартности используется тоже «слепая» методика. Дело в том, что нестандартность — это в данном случае просто отклонение в числе событий от ожидаемого. Поскольку положение пика более-менее известно, эту область закрывают, настраивают моделирование фона по внешней области, а затем открывают. Сколько событий при этом получилось, столько получилось, никакой свободы «накручивания» лишних событий уже не остается.
      Ответить
      • prometey21 > spark | 22.12.2012 | 19:25 Ответить
        Игорь! А почему спин Хиггса не 2? И почему положительная четность? Откуда это следует? Каково элементарное объяснение? Я понимаю, что вопрос тупой, но всё же?
        Ответить
        • samara > prometey21 | 23.12.2012 | 03:24 Ответить
          Чётность и спин 0 или 2 -- эксперементально из распределения "быстрота-угол"(ну а почему не 1 и не полуцелый думаю понятно).
          Ответить
        • spark > prometey21 | 23.12.2012 | 04:25 Ответить
          Масса частицы — это число. Оно входит в соответствующие слагаемые в лагранжиане, описывающем поля Стандартной модели, как численный параметр, без каких-либо навешенных на него индексов. Всё, это означает, что масса — скалярная величина. Если мы хотим теперь ее како-то получить динамически, то она должна получиться из какой-то динамической скалярной величины. Не из вектора (спин 1), не из тензора (спин 2), а из скаляра (спин 0).
          Ответить
          • prometey21 > spark | 23.12.2012 | 17:05 Ответить
            Теперь понятно, почему у будущего гравитона спин будет 2. Ведь он порождение тензорного гравитационного поля. Не так ли?
            Ответить
            • spark > prometey21 | 23.12.2012 | 19:28 Ответить
              Да.
              Ответить
  • Ly_S.  | 22.12.2012 | 22:14 Ответить
    Может быть,частицы нужно сталкивать с меньшей скоростью?
    Ответить
    • samara > Ly_S. | 23.12.2012 | 03:28 Ответить
      Меньше скорость - меньше энергия. Бессмысленно.
      Ответить
  • squirrel7  | 24.12.2012 | 19:50 Ответить
    Игорь, извините если вопрос уже 100 раз освещался, какая теория сможет ответить на вопрос почему массы элементарных частиц именно такие?
    Ответить
    • spark > squirrel7 | 27.12.2012 | 12:48 Ответить
      Неизвестно. Если было бы известно, собственно и вопроса такого уже не стояло бы. Есть попытки вывести все (или большинство) масс фермионов из каких-то групп симметрии. Например, постулируем, что в природе есть три хиггсовских дублета и новая дискретная симметрия относительно группы, скажем, Delta(27), тогда при вычислении масс фермионов количество свободных параметров уменьшается, и удается получить какое-то реалистичное описание. Правда, с нейтринным сектором трудности остаются. И таких вот попыток сделано уже несколько десятков.
      Ответить
  • Altus  | 26.12.2012 | 22:30 Ответить
    А как "нынешний" бозон вписывается в теорию E8? И ещё, возможно ли открытие какой-либо частицы предсказанной в этой теории, то есть хватает ли энергии?
    Ответить
    • spark > Altus | 27.12.2012 | 12:42 Ответить
      Какую такую теорию E8? Если имеется в виду теория Лизи, то там до масс частиц дела так и не дошло, она на уровне классификации частиц захлебнулась.
      Ответить
      • Altus > spark | 27.12.2012 | 17:30 Ответить
        Наверное рано говорить, что она захлебнулась)Я так понимаю, теория ещё не достроена, но она многообещающая, хотя и рискованная.
        Зато образ жизни Лиси мне очень импонирует)
        Ответить
        • spark > Altus | 07.01.2013 | 02:46 Ответить
          «Недостроена» — это когда построено не всё, но то, что уже построено — оно правильное. А в случае теории Лизи обнаружены ошибки в уже построенном, и избавиться от них не удалось.

          > Зато образ жизни Лиси мне очень импонирует)

          Очень хорошо, но к самой теории это никакого отношения не имеет.
          Ответить
  • Ядряра  | 26.01.2013 | 15:31 Ответить
    Добрый день.

    Игорь Иванов:

    "По сути, это напоминает игру в орла и решку: в серии из восьми подбрасываний монетки, в среднем, будет четыре орла и четыре решки, но в какой-то единичной серии подбрасываний расклад может оказаться и семь к одному (читателю предлагается найти вероятность такого события)."

    Полагаю, что нашёл эту вероятность. Она равна 6,25 %

    Позднее опубликую свои соображения более подробно.
    Ответить
    • Ядряра > Ядряра | 26.01.2013 | 18:01 Ответить
      Итак, имеется модель. Монета бросается 8 раз. И несмотря на то, что она не является идеально симметричной, обычно для такой модели считают, что имеет место априорная вероятность выпадения. Которая и для орла и для решки составляет 1/2 или 50%.

      Всего в рамках данной модели имеется 2^8 = 256 равновероятных событий, точных последовательностей орлов и решек, которые и составляют полную группу событий. Почему все эти события, которые могут получиться после 8-ми бросков, равновероятны?

      Потому что, согласно Классической Теории Вероятностей(КТВ), вероятность каждой точной последовательности из 8-ми бросков будет вычисляться по формуле: 1/2*1/2*1/2*1/2*1/2*1/2*1/2*1/2 = (1/2)^8 = 1/256

      Остаётся объединить эти 256 событий в группы по количеству выпадений одной стороны. Например, орла.

      Событие, что не будет ни одного орла только одно.
      Событий, что будет ровно один орёл -- 8. Орёл может выпасть на 1-м, 2-м, 3-м,..., 8-м броске.
      Событий, что будет ровно 2 орла -- 28. Орёл может выпасть на 1-м и 2-м, на 1-м и 3-м,..., на 7-м и 8-м бросках.

      Сложность расчётов возрастает с увеличением количества орлов. Тут уже трудно обойтись без формул комбинаторики. В данном случае подходит формула:

      Количество Событий(КС) = 8!/(8-КО)!/КО! , где КО -- Количество Орлов.

      Остаётся подставить различные КО от 0 до 8 и вычислить КС.

      8!/(8-0)!/0! = 8!/8!/1! = 1
      8!/(8-1)!/1! = 8!/7!/1! = 8
      8!/(8-2)!/2! = 8!/6!/2! = 8*7/2 = 28
      8!/(8-3)!/3! = 8!/5!/3! = 8*7*6/3/2 = 56
      8!/(8-4)!/4! = 8!/4!/4! = 8*7*6*5/4/3/2 = 70
      8!/(8-5)!/5! = 8!/3!/5! = 56
      8!/(8-6)!/6! = 8!/2!/6! = 28
      8!/(8-7)!/7! = 8!/1!/7! = 8
      8!/(8-8)!/8! = 8!/0!/8! = 1

      Нетрудно заметить, что начиная с 6-й строчки каждая новая формула совпадает с одной из старых. Что упрощает вычисления. В результате имею таблицу:

      КО ___ 0 ___ 1 ___ 2 ___ 3 ___ 4 ___ 5 ___ 6 ___ 7 ___ 8

      КС ___ 1 ___ 8 ___ 28 __ 56 __ 70 __ 56 __ 28 __ 8 ___ 1

      Нетрудно убедиться, что сумма всех КС действительно 256, что подтверждает правильность вычислений.

      Можно уменьшить количество различных групп до 5-ти по распределению количеств выпадений орлов и решек в сериях из 8-ми бросков:

      0 орлов и все 8 орлов -- это распределение 0-8.
      1 орёл и 7 орлов -- это распределение 1-7.
      2 орла и 6 орлов -- это распределение 2-6.
      3 орла и 5 орлов -- это распределение 3-5.
      4 орла -- это распределение 4-4.

      Первая цифра распределения -- это наименьшее количество выпадений одной стороны(орла или решки).

      Первая цифра распределения ___ 0 ___ 1 ___ 2 ___ 3 ___ 4

      КС _________________________ 2 ___ 16 __ 56 __ 112 _ 70

      Общее количество вариантов 2 + 16 + 56 + 112 + 70 снова равно 256. Таким образом, по-прежнему имеется полная группа событий.

      КТВ гласит: вероятность события равна числу исходов, благоприятствующих данному событию, делённому на общее число исходов. В данном случае Игорь спрашивал о распределении 1-7. Его вероятность равна 16/256 или 1/16 или 6,25%.

      А таблица округлённых вероятностей выглядит так:

      Первая цифра распределения _________ 0 ____ 1 ____ 2 ____ 3 ____ 4

      Вероятность такого распределения ____ 1% ___ 6% __ 22% _ 44% _ 27%

      Как нетрудно убедиться, сумма вероятностей равна 100%. Как и должно быть, согласно КТВ. Сумма всех вероятностей полной группы событий должна быть равна 1 или, что то же самое, 100%.

      Вроде бы всё просто. Но как быть, когда нет априорной вероятности? В таких случаях порой сталкиваешься с чудовищными сложностями.

      Спасибо за внимание.
      Ответить
      • spark > Ядряра | 02.02.2013 | 16:12 Ответить
        Ядряра, остановитесь пожалуйста.
        Ответить
        • Ядряра > spark | 04.02.2013 | 20:36 Ответить
          Добрый вечер.

          Позвольте полюбопытствовать, что значит остановиться? Не писать больше комментарии к этой статье? Если да, то по какой причине?

          Хочу сообщить, что исчезли два других моих комментария. От 28-го и от 31-го января.

          Есть предположение, что комментарии исчезли не в результате технического сбоя, а были намеренно удалены. Прошу подтвердить либо опровергнуть. Если удалены, то хочу узнать, кто это сделал, по какой причине и на каком основании.

          Бывают, что комментарии удаляют по причине нарушения Правил написания комментариев.

          Таких правил я на "Элементах" не нашёл. Из опыта знаю такие основные причины удаления комментариев:

          а и б) Наличие в комментарии сквернословий и оскорблений. Ни того ни другого в моих комментариях не было.

          в) Комментарий, написанный не по теме. Тоже не подходит. Причём, удалены в том числе и рассуждения относительно массы бозона Хиггса. А это заглавная тема статьи Игоря Иванова, комментарии к которой я и писал.

          г) Слишком длинный комментарий. Это возможно. Я готов подсократить текст. Хотя это не так просто сделать без ущерба для содержания. Для обоснования выводов в комментарии были также приведены расчёты.

          д) Ошибка в расчётах и полностью ошибочный комментарий. Если есть ошибка, то надо на неё указать и я постараюсь исправить. Результаты вычислений проверялись не раз и ошибка найдена не была.

          На мой взгляд, необходимо сообщить автору, по какой причине удалён его комменатрий, а не удалять без объяснения причин.

          Спасибо.
          Антон Никонов.
          Ответить
          • spark > Ядряра | 10.02.2013 | 00:23 Ответить
            Объсняю. Spark=Игорь Иванов. Я веду этот раздел и модерирую в нем комменты к новостям. Для меня важно не только то, что написано в самой заметке, но и то, что написано под ней; я хочу, чтоб для читателя, интересующегося темой, комментарии тоже были полезны и интересны. Поэтому я чищу то, что точно засоряет обсуждение. Играть в свободу слова, а также объяснять автору каждого стертого комментария, почему его стерли, я не планирую.

            Конкретно в вашем случае сыграла сразу совокупность причин. Во-первых, существует банальный сетевой этикет — не вывешивать в комментариях полотна текста. Интернет позволяет завести себе площадку, на которой обсуждать в любых подробностях то, что хочется, а тут в комментариях можно дать очень краткую сводку и ссылку.

            Во-вторых, вы уже извините, но вы на элементарный вопрос написали два экрана текста, и дальше оставили еще два подобных комментария на чуть-чуть более сложный вопрос, который вы сами сформулировали и начали обсуждать. Если вы не видите в этом ничего ненормального, то я сформулирую так. Одна из характеристик четкого и точного мышления — это высокая концентрация нетривиальной информации на единицу текста. В подавляющем большинстве других источников информации о современной науке наоборот чрезвычайно много воды и практически нет правильной и нетривиальной информации. «LHC на Элементах» — это образовательный проект, и в нем я пытаюсь прививать привычку к такой концентрированной подаче информации, пытаюсь показать, что это ценно. Переливание из пустого в порожнее или разбор простого арифметического примера на двух экранах текста этому вредит.
            Ответить
  • Ветер-с-гор  | 09.02.2013 | 17:51 Ответить
    Согласен со Спарком и предлагаю вычищать все инородное без сожаления: наука не место для невежд и для критиканов! Кто желает мудрствовать и балаболить, - милости просил на базарные форумы!

    А теперь -о важном! Меня волнует какое-то тревожное затишье после того, как было официально объявлено об открытии бозона Хиггса! Почему так мало дискуссий, почему почти нет публикаций, нет ни критики, ни похвалы в адрес и открывателей и предсказателей частицы Бога? А ведь скоро будут составлять списки на Нобелевскую премию, неужели снова пропустят Хиггса? Я и сам как-то не совсем уверен в том, что бозон открыт однозначно и на 100%! Всем очевидно, что очень много недоговорок и натяжек. Вот, например, информация с очень хорошего научного сайта для молодёжи, где работают как видно из тематики сайта, очень много наших умных и заинтересованных в нашем деле людей:

    "Список самых заметных научных достижений 2012 года" на сайтте:
    http://www.e-parta.ru/physics/2948-spisok-samyh-zametnyh-nauchnyh-dostizhenij-2012-goda.html
    Возглавил список Nature гендиректор Европейской организации ядерных исследований (CERN) Рольф Хойер. Этот человек является выдающимся дипломатом от науки. Именно он провел "правильную презентацию" крупнейшего научного открытия года - бозона Хиггса. Дело в том, что ученые, которые его обнаружили - Фабиола Джианотти и Джо Инкандела, - не были до конца уверены в своей находке. Интуитивно они чувствовали, что смогли доказать существование частицы, но объявить об этом нужно было 4 июля, причем без всяких сомнений. К этому сроку исследователи не успевали. На той памятной пресс-конференции ситуацию спас Хойер, от которого требовали результатов работы затратного Большого адронного коллайдера. Об открытии он не заявил, а лишь заметил: "Я думаю, мы сделали это. Вы согласны?" В ответ из зала раздались аплодисменты. Никаких убедительных доказательств у его подопечных не было, но он взял на себя риск и ответственность заявить о том, что открытие состоялось. Позже, когда Инкандела и Джианотти сумели найти более убедительные доказательства существования бозона Хиггса, стало понятно, как сильно в то время рисковал репутацией всего проекта Хойер. Если бы он тогда сухо заявил, что никаких значимых научных открытий БАК пока выявить не позволил, судьба дорогостоящего проекта оказалась бы под вопросом". (конец цитаты).

    Вот и меня волнует это неприятное "судьба дорогостоящего проекта оказалась бы под вопросом"! Без сомнения, Рольф Хойер поступил как настоящий физик новой формации, которые противостоят всё нарастающему потоку критиканской мысли в адрес фундаментальной науки! Да, стандартные модели есть за что критиковать, но это не значит, что надо подвергать сомнению саму суть их устройства! Ведь так мы можем дойти и до совсем не позволительных вещей: отбросить пусть плохую, но пока как-то объясняющую устройство Вселенной, её Стандартную Модель, за неимением более адекватной, или скажем, отбросить постулаты и идеи ОТО Эйнштейна, даже если есть и не доказанные её моменты, например, такие как гравитационные волны или знаменитый космологический член, которые сам автор ОТО назвал своей самой большой ошибкой! Словом, как-то и тревожно и не уверенно на душе с этим бозоном: от проекта БАК ждали намного большего, и вот теперь снова "интрига сохраняется"! Словом, какое-то уныние в воздухе летает и от него очень хотелось бы избавиться! И напряжение сейчас ещё большее, нежели тогда, в ноябре 2012! Так кто скажет: что же открыли физики в том году в ЦЕРН-е?
    Ответить
    • spark > Ветер-с-гор | 10.02.2013 | 00:34 Ответить
      > Меня волнует какое-то тревожное затишье после того, как было официально объявлено об открытии бозона Хиггса!

      Затишье имеется только в популярном освещении новостей коллайдера, как тут, так и в разных СМИ. Отчасти это объясняется объективными причинами (результаты пошли чуть более технические, новых существенных прорывов сейчас нет — по крайней мере до мартовских конференций), отчасти — человеческими (у меня мало времени). Новые публикации коллабораций появляются по нескольку штук в неделю — вот например полный список статей с результатами за последний год с разбивкой по коллаборациям: http://lpcc.web.cern.ch/LPCC/index.php?page=lhc-articles

      Кроме того, я в заметках часто стараюсь давать ссылки на другие (англоязычные) источники информации, в частности на первоисточники. Я при этом надеюсь, что интересующий читатель выработает привычку искать информацию там тоже, если ему недостаточно то, что пишется на Элементах. Я конечно понимаю, что проще дождаться, когда кто-то разжует информацию, чем искать ее самому на английском, но в таком случае не стоит вслух переживать про затишье.

      За хиггсовский бозон Нобеля дадут, не беспокойтесь.

      Заметки разных СМИ я не комментирую и призываю не постить отрывки из них сюда.
      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»