Най-накрая физиците откриват известния Хигс Босън

МЕЙРИН, ШВЕЙЦАРИЯ - Дългото чакане приключи. Днес физиците, работещи с най-големия уред за разбиване на атом в света, в Европейската лаборатория за физика на частици, CERN, съобщават, че са открили дълго търсения бозон на Хигс - последният липсващ бит в техния стандартен модел на основни частици и сили и ключът към тяхната обяснение как всички останали основни частици получават своите маси.

Откритието изпълнява 48-годишно прогнозиране и бележи сигнално интелектуално постижение. Но дори когато физиците празнуват, откритието поражда притеснения сред някои, че може да не остане нова физика, която да бъде открита с атомния уред. За физиката на частиците откриването на Хигс може да бъде края на пътя.

Данните идват от големия адронен колайдер (LHC), 27-километров подземен ускорител на частици, който се движи под френско-швейцарската граница близо до Женева. LHC разбива протоните заедно с огромна енергия, за да взриви съществуващи нови и мимолетни субатомни частици. Протоните се сблъскват в два огромни детектора на частици, наречени ATLAS и CMS, които ловуват Хигс. Всички бозони на Хигс, създадени в тях, трябва да се разпадат в определени комбинации от частици, които са видими за детекторите. Днес екипите на ATLAS и CMS представиха най-новите си данни за търсенето на Хигс на специален семинар в CERN. И двата отбора виждат по същество окончателни сигнали.

Например приблизително 3000 изследователи, работещи върху CMS детектора, виждат ясни признаци на разпадането на Хигс на два фотона. От енергиите на двата фотона физиците могат да изведат масата на предполагаемата им родителска частица. И когато изследователите на CMS правят график от масите на изведените частици, те виждат ясен връх на фона, получен от произволни фотонови двойки (виж фигурата). Този пик сигнализира за наличието на хигс-подобна частица с маса от 125 гига-електронни волта (GeV), или около 133 пъти по-голяма от масата на протона, както Джоузеф Инкандела, физик от Калифорнийския университет, Санта Барбара, и говорител на екипа на CMS, каза пред пълна зала в CERN.

Изследователите на CMS също виждат доказателства за разпадането на Хигс в двойка частици, наречени W бозони, или двойка частици, наречени Z бозони, съобщи Incandela. Тези масивни частици предават слабата ядрена сила по абсолютно същия начин, както фотоните предават електромагнитната сила. Включвайки разпадането в още повече комбинации от познати частици, данните оставят малко съмнение, че частицата, подобна на Хигс, е там. Шансовете, че случайни статистически колебания биха могли да произведат такива сигнали, са само косми, по-високи от произволното ниво 1 на-3, 5 милиона, което физиците на частици избиват за официално откритие ... така наречения 5-сигма стандарт.

Екипът на ATLAS вижда подобен пик в масовия сюжет за разграждане на Хиггес във фотонови двойки, съобщава Фабиола Джаноти, физик в ЦЕРН и говорител на експеримента ATLAS. И изследователите на ATLAS също виждат как Хигс се разпада в Z бозони и други комбинации от частици. Взети заедно, сигналите на ATLAS просто отговарят на 5-сигматичния стандарт на откриване, съобщи Gianotti, спечелвайки незабавни аплодисменти.

В края на семинара физиците посрещнаха резултатите с дълго овации и с огромно одобрение. "Мисля, че сме го получили", каза генералният директор на CERN Ролф Дитер Хейер. "Вие се съгласявате?" Питър Хигс, 83-годишният теоретик от Университета в Единбург в Обединеното кралство, който предсказа съществуването на бозона през 1964 г. и който беше на помощ за събитието, каза: "Бих искал да благодаря на експериментаторите. Не съм го направил" Мисля, че ще видя това през живота си. "

Физиците все още трябва да тестват дали наблюдаваната частица има точно свойствата, които стандартният модел прогнозира, че би трябвало, подчертава Джон Елис, теоретик от King's College London. Например, изследователите трябва да сравняват относителните скорости, с които Хиггес се разпада на различни комбинации от частици, тъй като тези скорости са предвидени от теорията. Но фактът, че частицата е била открита чрез предвиденото разпадане на първо място, предполага, че тя не може да бъде твърде диво различна от стандартния модел Хигс, признава Елис.

Ако това наистина е бозонът на Хигс, тогава откритието ще изпълни предсказание, направено преди десетилетия от Хигс, въпреки че други разработиха някои от същите основни идеи приблизително по едно и също време. Това би било най-новото в шепа дълбоки прогнози, направени от физиците на частиците. Например, през 1970 г. теоретиците предсказаха съществуването на частица, наречена кварк на очарованието; два експериментатора независимо откриха частицата през 1974 г., за която 2 години по-късно получиха Нобеловата награда по физика. През 1968 г. теоретиците предвиждат съществуването на W и Z бозоните; през 1983 г. тези частици също са открити. В този случай теорията зад прогнозата спечели Нобеловата награда през 1979 г., а откритието я спечели през 1984 г.

Предсказването и откриването на бозона на Хигс са също толкова важни, колкото и тези на W и Z, казва Стюарт Раби, теоретик от Държавния университет в Охайо, Колумб. „Със сигурност е наравно“, казва той. "Това със сигурност е толкова фундаментално."

Сега, когато стандартният модел на физика на частиците е завършен, ключов въпрос е дали нови частици се намират в обсега на LHC или някакъв по-висок енергиен атом, който може да дойде след него. Физиците твърдят, че концептуалните дупки в стандартния модел силно подсказват, че теорията е непълна. Например, в стандартния модел, взаимодействията между Хигс и другите частици трябва да принудят масата на Хигс да се изстрели нагоре до стойност трилион пъти по-голяма. И все пак това не се случва. Така че повечето физици подозират, че навън има нови частици, които по някакъв начин противодействат на балонирането на масата на Хигс.

Но дали такива частици ще имат достатъчно ниски маси, за да бъдат открити с всеки мислим уред за създаване на човешки атом? "Няма абсолютно никаква гаранция", казва Стивън Уайнбърг, теоретик в Тексаския университет, Остин, който сподели Нобеловата награда за 1979 г. за теорията зад W и Z. "Кошмарът ми е не само аз, а много от нас [във физиката на частиците] е, че LHC открива бозона на Хигс и нищо друго ", казва Вайнберг. "Това би било като затваряне на врата."

Но повечето физици казват, че са оптимисти, че след като LHC е открил Хигс, ще последват и други по-изненадващи открития. Засега откриването на Хигс е сбъдната мечта.

* Историята е преработена, за да коригира годината, в която Нобеловата награда по физика уважи теорията зад бозоните W и Z от 1972 до 1979 година.