Слишком тяжелый Хиггс

Важные результаты, лишающие противников Стандартной модели физики элементарных частиц увесистого камня за пазухой, получили ученые из Рочестерского университета. Согласно новым расчетам, предсказанная, но до сих пор не обнаруженная элементарная частица — загадочный бозон Хиггса — просто несколько тяжелее, чем считалось.

Бозон Хиггса является квантом поля Хиггса (так же как фотон является квантом электромагнитного поля) и занимает важное место в общепринятых представлениях о строении микромира. Массы всех элементарных частиц возникают из-за взаимодействия их полей с полем Хиггса. А массу самого бозона Хиггса теоретики умеют оценивать исходя из измеренных масс кварков. Считалось, что его масса составляет приблизительно 96 гигаэлектрон-вольт (чтобы ее пересчитать в привычные килограммы, надо перевести электрон-вольты в джоули и поделить на квадрат скорости света.) Однако в дорогостоящих экспериментах на Большом электронно-позитронном ускорителе (LEP) в ЦЕРНе к 2001 году удалось достичь энергии 114 ГэВ, а неуловимый бозон так и не был обнаружен. Это ставило теоретиков в тупик.

Подмога пришла откуда не ждали. Ученые заново проанализировали результаты экспериментов протон-антипротонного ускорителя Tevatron Национальной лаборатории имени Ферми в США. Этот ускоритель знаменит тем, что в 1995 году на нем был обнаружен последний из шести, самый тяжелый топ-кварк и рассчитана его масса. Собственно сам кварк не регистрируется, а, сталкивая протон и антипротон, ученые получают кварк и антикварк, которые затем распадаются в целый набор частиц; те, в свою очередь, снова разваливаются, а уже эти продукты второго распада регистрируют детекторы. Сравнивая полученный зоопарк частиц с теорией, и судят о свойствах кварков.

В 1999 году ускоритель Tevatron был остановлен модернизации, но данные экспериментов остались. Их удалось заново обсчитать, более чем вдвое увеличив точность оценок. Оказалось, что масса топ-кварка несколько больше, чем полагали раньше, — 178±4,3 ГэВ, значит, и наиболее вероятная масса бозона Хиггса увеличивается до 117 ГэВ (а в худшем случае она может достигать 251 ГэВ) — в этом диапазоне энергий его еще не искали.

Воодушевленные новой надеждой американские физики несколько огорчены тем, что, похоже, даже модернизированному ускорителю Tevatron не удастся достичь нужной энергии. В этом случае долгожданное открытие бозона Хиггса придется отложить до 2007 года, когда в ЦЕРНе вступит в строй Большой адронный коллайдер (LHC).