Коллайдер найдет бозон Хиггса уже в декабре

Физики, работающие в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере, не исключают, что смогут обнаружить признаки существования бозона Хиггса уже к Рождеству 2012 года, заявляет Гвидо Тонелли (Guido Tonelli), официальный представитель коллаборации CMS, группы физиков, работающих на одноименном детекторе коллайдера.
В мае 2011 года директор Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) Рольф Хойер (Rolf Heuer) заявлял, что к концу 2012 года ученые найдут ответ на "шекспировский" вопрос для бозона Хиггса - быть или не быть?"
Бозон Хиггса - последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели. Это гипотетическая частица отвечает за массы всех других элементарных частиц. Однако теория не позволяет точно установить массу бозона Хиггса. Ученые рассчитывают, что найти эту частицу (или убедиться в том, что ее не существует) позволят эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК).
"Вполне возможно, что мы обнаружим бозона Хиггса Стандартной модели или исключим (его существование) раньше, чем предполагалось. Поймаем ли мы его к Рождеству? В принципе, это возможно", - заявил Гвидо Тонелли, слова которого приводит Би-би-си.
В 27-километровом кольце коллайдера, расположенного в ЦЕРНе на границе Франции и Швейцарии, сталкиваются летящие навстречу друг другу протоны. В результате столкновений образуются "ливни" других частиц, которые фиксируют детекторы. Анализируя данные с детекторов, физики могут понять, какие частицы рождались в столкновениях.
По словам Тонелли, на текущий момент БАК "собрал" 2,5 обратных фемтобарна - это соответствует 175 квадрильонам столкновений протонов.
Для "поимки" бозона Хиггса ученые должны накопить достаточно большую статистику - набрать достаточно большую интегральную (накопленную) светимость, то есть данных о столкновениях. Шансы обнаружить бозон Хиггса будут очень высоки, когда коллайдер достигнет интегральной светимости от 5 до 10 обратных фемтобарн.
К концу октября 2011 года, когда закончится работа с протонными пучками, ожидается, что полная интегральная светимость достигнет 5 обратных фемтобарн.
Интегральная светимость - количество частиц, пролетевших в коллайдере за определенное время - измеряется в обратных барнах, чтобы было можно определить, сколько раз за этот срок можно произойти событие с тем или иным сечением. Например, при интегральной светимости 100 обратных фемтобарн некий процесс с сечением 1 фемтобарн произойдет 100 раз. Однако из-за "неидеальности" детекторов количество зарегистрированных событий может быть гораздо меньше.

Коллайдер опроверг основу мироздания

 

Результаты исследований ученых, работающих на Большом Адронном коллайдере, изложенные на конференции в Мумбаи, заставили усомниться в справедливости одной из центральных моделей современной физики — теории суперсимметрии. Поскольку фактов, подтверждающих ее положения, обнаружено не было. Может быть, настало время разработать альтернативную теорию?

Честно говоря, создается впечатление, что пока Большой Адронный коллайдер только разочаровывает физиков-теоретиков. Потому что полученные с помощью него данные не подтверждают фундаментальные теории, а скорее, наоборот. Так, после опубликования новых результатов экспериментов зашаталась одна из них — теория суперсимметрии, которая долгое время считалась основой современной физики.

Напомню, что данная теория была сформулирована в 1973 году австрийским физиком Юлиусом Вессом и его итальянским коллегой Бруно Зумино. А математический аппарат данной теории был предложен еще раньше, в конце 1960-х годов, отечественными физиками Ю. А. Гольфандом и Е. П. Лихтманом. Данная концепция должна была попробовать сформулировать принципы взаимодействия двух групп элементарных частиц — бозонов и фермионов — и тем самым решить проблему, поставленную еще Эйнштейном. Он так и не смог разобраться, каким именно образом два состояния материи — вещество и поле — взаимодействуют друг с другом на микроуровне.

Как мы помним, фермионами (к ним относят электроны, кварки, нейтрино, мюоны и т. п.) называют частицы, из которых складывается вещество. А вот бозоны (в их число входит известный всем фотон, а также "не пойманный" до сих пор бозон Хиггса и таинственный гравитон) — это частицы, которые отвечают за взаимодействия фермионов друг с другом. То есть именно эти частицы и формируют поля. Это все понятно, но вот то, каким образом фермионы и бозоны взаимодействуют друг с другом и, следовательно, друг в друга превращаются, до сих пор было неизвестно.

Весс и Зумино предложили весьма красивую модель данного процесса. Они предположили, что у каждого типа частиц, как бозонов, так и фермионов, имеются двойники, которые во всем на них похожи, однако являются более тяжелыми по массе (в случае если частица не обладает массой, как, например, фотон, то его двойник ее имеет). Однако эти двойники обладают свойствами частиц из другой группы — так, например, двойники фермионов имеют свойства бозонов и наоборот.

В таком случае становится понятно, каким образом те же фермионы могут при распаде испускать бозоны: сначала фермион превращается в своего двойника, а тот уже, в свою очередь, распадается на бозоны (именно таким образом электрон, например, в ряде случаев испускает фотон). То есть процесс превращения вещества в поле и наоборот становился достаточно простым и ясным.

Кроме того, данная теория позволяла ответить на вопрос, почему наша Вселенная имеет значительно большую массу, нежели ее дает сложение всех наблюдаемых в ней космических объектов — этот "недостаток" как раз объяснялся наличием двойников, чья масса учеными не учитывалась. Дело оставалось за малым — найти экспериментальное подтверждение данной модели, то есть обнаружить этих загадочных двойников.

Нельзя сказать, что физики этим не занимались — специалисты, работающие на "Тэватроне", например, постоянно публиковали данные о том, что очередные нарушения нормального распада частиц, по их мнению, свидетельствуют о присутствии их двойников. Правда, потом эти данные также регулярно не подтверждались. И вот, наконец, к охоте за таинственными двойниками подключились сотрудники, работающие на детекторах LHC, или как, они себя называют, "кавалеры красотки LHC".

Итак, в последние месяцы ученые проводили на БАК опыты с В-мезоном. В ходе них установлено, что распад В-мезона происходит не столь часто, как если бы существовал его симметричный партнер, наличие которого предполагает теория. То есть, получается, что и "кавалерам красотки LHC", судя по всему, не удалось подтвердить реальность существования этих загадочных двойников.

"Мы провели на БАК серию экспериментов с элементарными частицами, в ходе которых проверили опытным путем фундаментальные выводы теории суперсимметрии и верность описания ею физического мира. Однако необходимых подтверждений мы не получили", — подвела итог данных исследований профессор Тара Шиарс на международной физической конференции, которая недавно прошла в индийском городе Мумбаи.

После данного отчета ряд молодых физиков-теоретиков сразу же заявили, что теорию суперсимметрии следует: "выбросить на помойку". Они считают, что после такого блестящего исследования, опровергшего данную модель, следует разработать другую теорию, пусть менее красивую, зато более реалистичную. И вовсе не зачем тратить время на то, чтобы искать лишние подтверждения тому, что в итоге оказалось ошибочным.

Однако большинство ученых считает, что нужно проявить некоторую осторожность и не бросаться сразу же переписывать все учебники. Так, один из участников команды LHC профессор Джордан Нэш из Имперского Лондонского колледжа, комментируя результаты исследований, заявил: "Это означает, что-либо мы не полностью понимаем происходящее, либо суперчастицы немножко другие, чем мы о них думаем, либо их нет вообще". С ним согласна и доктор Ширас, которая все-таки отказалась полностью отвергнуть теорию cуперсимметрии и заметила, что не нашли подтверждения выводы ее упрощенной версии, а не более сложного варианта. То есть данную теорию не следует пока-что сдавать в архив — просто нужно пересмотреть ее некоторые положения.

Так что, судя по всему, эксперименты на БАК относительно подтверждения или окончательного опровержения теории суперсимметрии все же продолжатся. Однако и теоретикам не следует "скучать" — самое время начать разработку альтернативной теории…

Большой адронный коллайдер можно будет запусть с любого компьютера

Сотрудники Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) выпустили новую версию программы LHC@home, которая дает любому пользователю возможность смоделировать разгон протонов на Большом адронном коллайдере. Для того чтобы самостоятельно поохотиться за "бозоном Хиггса", требуется установить программу на свой компьютер.

Симулятор БАКа работает по принципу "распределенных вычислений", когда вся вычислительная нагрузка ложится не на ограниченные по мощности дата-центры, а распределяется по сети из десятков тысяч компьютеров по всему миру. Когда домашним ПК не пользуются, LHC@home 2.0 моделирует столкновения двух пучков протонов. После этого вычисления отправляются в ЦЕРН, где ученые сравнивают их с настоящими данными, полученными в ходе четырех экспериментов на БАКе.

"В то время как LHC@home является прекрасной возможностью вовлечь в науку больше людей, самое большое преимущество от гражданской кибернауки получают исследователи в развивающихся регионах, которые ограничены в вычислительных ресурсах и людской силе", - отметил Серджио Бертолуччи, руководитель научно-исследовательского отдела ЦЕРНа.

Центр гражданской кибернауки, организатор LHC@home 2.0, ведет и другие проекты в этой области. К одному из них относится UNOSAT, в рамках которого онлайн-волонтеры анализируют необработанные снимки, полученные от космических агентств и компаний-поставщиков спутниковых фотографий.

Обработка первых данных, полученных на Большом адронном коллайдере, поставила под угрозу гипотезу суперсимметрии — один из наиболее популярных вариантов развития главной физической теории.

Согласно этой теории, у всех известных элементарных частиц существуют "двойники" — суперсимметричные частицы, пишет "Глобалист". Они "родились" вместе с "обычными" частицами в момент Большого взрыва. Затем суперсимметричные частицы стали намного тяжелее обычного вещества и распались. А их "остатки", в свою очередь, образовали "темную материю", из которой почти на четверть состоит Вселенная.

Суперсимметрия дает способ объединить электрослабое и сильные взаимодействия и в конечном счете создать единую теорию поля. В экспериментах на коллайдере физики рассчитывают увидеть рождение суперсимметричных частиц, которые пока не были обнаружены ни в одном опыте.

Также: Коллайдер приготовил ученым сюрприз

Однако новое исследование не отбрасывает гипотезу полностью, но устанавливает новые пределы для ее обнаружения, отмечает "НИА—Кузбасс". Первым теорию суперсимметрии сформулировали австрийский физик Юлиус Весс и итальянский физик Бруно Зумино в 1973 году. А сейчас эксперементального подтверждения данной теории предоставлено не было. Для ее проверки есть несколько способов.

Один из них — найти определенные цепочки превращения элементарных частиц в коллайдере (внутри БАК элементарные частицы сталкиваются друг с другом, и этот процесс приводит последовательному образованию других частиц), пишет "Зеркало недели". Исследователи искали такие цепочки превращений в данных, собранных детектором CMS.

Другой способ — поиск не новых частиц, а обнаружение "недостатка" энергии при определенных типах столкновений. Как следует из гипотезы суперсимметрии, за такой недостаток ответственны нейтралино — один из типов гипотетических суперсимметричных частиц.