Теоретики сомневаются в надежности результатов Тэватрона по хиггсовскому бозону

Теоретический расчет сечения рождения бозона Хиггса в столкновении двух глюонов в зависимости от его массы. Синяя полоса показывает погрешности расчета, которые использовали экспериментаторы; красная область показывает, какие погрешности надо было брать по мнению теоретиков. На врезке эти полосы погрешностей показаны в относительных единицах. Изображение из обсуждаемой статьи

На днях в архиве электронных препринтов появилась статья, в которой высказываются сомнения в надежности результатов Тэватрона по поиску хиггсовского бозона. Напомним, что в июле представители Тэватрона объявили, что в соответствии с новыми данными стандартный бозон Хиггса «закрыт» в области масс 158–175 ГэВ. Авторы статьи, один из крупнейших специалистов в физике хиггсовского бозона Абделак Джуади (Abledhak Djouadi) и его аспирант Жульен Бальо (Julien Baglio), критикуют методику сравнения экспериментальных данных с теоретическими расчетами, от которой очень сильно зависит конечный вывод о наблюдении или ненаблюдении хиггсовского бозона.

Чтобы лучше понять, о чём спор, полезно напомнить, как вообще ищут хиггсовский бозон на адронных коллайдерах. Вначале теоретики вычисляют сечение рождения и распада хиггсовского бозона, а также сечения всех фоновых процессов. Затем экспериментаторы, зная светимость коллайдера, вычисляют, сколько событий с тем или иным набором частиц они ожидают получить в предположении, что бозон существует, и в предположении, что бозона (с заданными свойствами) нет. Затем они сравнивают реально полученные данные с этими ожиданиями и делают вывод, отдают ли данные существенное предпочтение одной из этих двух противоположных гипотез или нет. Поскольку масса хиггсовского бозона заранее не известна, такой анализ приходится проводить многократно при разных предположениях о массе бозона.

При сравнении теории с экспериментом могут быть три варианта. Если при каком-то значении массы данные существенно ближе к гипотезе о существовании бозона Хиггса, то физики говорят, что «видят» хиггсовский бозон (в реальности такого пока еще не произошло). Если реальные данные ближе к гипотезе о том, что хиггсовского бозона с выбранной массой нет, то физики говорят, что такой бозон «исключен» на некотором уровне статистической достоверности (обычно 95%). Именно такая ситуация сейчас складывается, если предположить, что масса бозона лежит где-то между 158 и 175 ГэВ. Наконец, если данные не отдают предпочтения ни одной из гипотез, то приходится делать вывод, что эксперимент пока недостаточно чувствителен для решения задачи. До недавнего времени все данные Тэватрона были именно такими, см. подробности в нашей новости двухлетней давности.

Из этой цепочки видно, что от того, насколько аккуратно теоретики вычислят вероятности всех процессов, будет зависеть в конечном счете и вывод экспериментаторов. Чем больше неопределенность в теоретическом расчете, тем труднее по одним и тем же данным сделать какой-то надежный вывод. К сожалению, расчет рождения бозона в столкновении протонов очень труден и содержит множество подводных камней, которые как раз и описываются в статье. Ее авторы отмечают, что экспериментаторы недооценивают теоретические погрешности, которые до сих пор достигают 40% для рождения бозона в столкновении двух глюонов, — и это несмотря на огромные усилия нескольких исследовательских групп. Кроме того, по мнению авторов статьи, в тонком искусстве объединения погрешностей разного происхождения Тэватрон придерживается недостаточно обоснованной стратегии.

Авторы не берутся сказать, как изменятся результаты Тэватрона после учета их критики — конечное число могут предъявить только сами экспериментаторы. Однако почти наверняка можно сказать, что ограничения ухудшатся. Теперь слово за экспериментаторами — в какой степени они примут эту критику и смогут ли ей что-то противопоставить. На самом деле, один «раунд» этого спора уже состоялся: предыдущая статья А. Джуади вышла полгода назад, экспериментаторы уже выдвинули контркритику, на которую в нынешней статье Джуади отвечает. Посмотрим, как будут развиваться события и как они отразятся на результатах Тэватрона.

Источник: Julien Baglio, Abdelhak Djouadi. Addendum to: Predictions for Higgs production at the Tevatron and the associated uncertainties // arXiv:1009.1363 [hep-ph] (2 September 2010).