Акселератор Фермилаба

Бозон Хиггса 

Бозон Хиггса (на жаргоне физиков - просто хиггс) ищут и не могут найти уже несколько десятилетий.

Его существование вытекает из теоретической модели, предложенной в 1964 году английским физиком Питером Хиггсом. Он придумал механизм, который обеспечивает появление массы у трех родственных частиц,  промежуточных векторных бозонов.

Они служат переносчиками слабого взаимодействия, которое отвечает за процессы бета-распада атомных ядер.

Теория утверждает, что оно непосредственно связано с электромагнитным взаимодействием, которое переносят фотоны. Поскольку фотоны не имеют массы покоя, радиус действия электромагнитных сил бесконечен.

Слабое взаимодействие, напротив, проявляет себя лишь на очень малых дистанциях, сильно уступающих размерам атомных ядер. Это означает, что его переносчики обязаны иметь большие массы, во много десятков раз превосходящие массы протона и нейтрона.

Такая ситуация ставит перед теоретиками нелегкую задачу. Если электромагнетизм и слабые ядерные силы являются всего лишь различными сторонами одного и того взаимодействия (его называют электрослабым), то почему же их переносчики имеют столь различные массы?

Теория Хиггса как раз и решает эту проблему.  Она постулирует существование скалярного поля, пронизывающего все пространство и в чем-то напоминающего эфир, столь любимый физиками XIX века.

Все частицы, за исключением фотонов и переносчиков тяготения, гравитонов, приобретают массу просто потому, что это поле сопротивляется их движению. Иначе говоря, то, что мы считаем массой – просто проявление трения частиц о хиггсовское поле.

Его кванты должны проявлять себя в виде сильно нестабильной частицы, хиггсовского бозона. Вычисления и данные эксперимента показывают, что ее масса скорее всего лежит в диапазоне от 115 до 190 протонных масс.

Промежуточные векторные бозоны были открыты в ЦЕРНе уже четверть века назад. А вот доказательство существования бозона Хиггса до сих пор остается самой заветной мечтой физиков-экспериментаторов.

В ЦЕРНе вот-вот заработает крупнейший в мире протонный ускоритель на встречных пучках, Большой Адронный Коллайдер. Одним из главных стимулов к постройке этой гигантской и очень дорогой машины была как раз надежда на то, что уж там-то заветный хиггс будет обнаружен.

Однако физики вовсе не рассчитывают зарегистрировать хиггс в чистом виде. Если он существует, то крайне нестабилен и почти мгновенно распадается на другие частицы. Причем возможностей тут очень много, буквально десятки.

Существование хиггса будет доказано, когда экспериментаторы надежно идентифицируют вторичные частицы, появление которых с высокой степенью вероятности можно будет объяснить именно распадом хиггсовского бозона. По целому ряду причин это очень непростая задача.

И вот здесь на середину сцены выходят промежуточные векторные бозоны. Как уже говорилось, их всего три, причем только два несут электрические заряды. Заряженные представители этого семейства обозначаются как W+ и W-, в то время как нейтральному присвоена буква Z.

Теория утверждает, что бозон Хиггса легче всего распадается на парные состояния этих частиц. Отсюда следует, что для его открытия надо сначала научиться надежно регистрировать такие пары.

Именно этим уже много лет занимаются физики, работающие в Фермилабе. В последние годы они уже наблюдали рождение  пар W-бозонов, а затем и пар, объединяющих W-бозоны и Z-бозоны.

И вот теперь многосотенный интернациональный коллектив физиков, так называемая коллаборация DZero, объявил о долгожданной идентификации пар Z бозонов.  Все эти результаты в совокупности могут стать подлинной прелюдией к регистрации хиггса.