Как и ожидалось, собрать убедительные доказательства обнаружения хиггсовской частицы физики не сумели. Борьба «Теватрона» с Большим адронным коллайдером (БАК) завершилась победой последнего: в ближайшее время Европейская организация по ядерным исследованиям должна объявить об открытии бозона, и открытие это будет основано на данных с БАК.
Такой исход «противостояния» двух ускорителей было очень легко спрогнозировать, представив себе схему поиска хиггсовской частицы. При столкновении адронов она, напомним, может рождаться разными способами (в слиянии глюонов, векторных бозонов, совместно с W- или Z-бозоном и так далее), после чего распадается, также выбирая один из нескольких каналов. Наиболее значимы её распады на пару фотонов или тау-лептонов, пару тех же W- или Z-бозонов, пару «b-кварк — b-антикварк».
Разные сочетания возможных вариантов рождения и распада бозона Хиггса, как видим, дают характерные наборы наблюдаемых частиц, причём все эти наборы также могут формироваться в разных фоновых процессах. На «Теватроне» самым перспективным с точки зрения отбора полезных событий считалось образование хиггсовской частицы в паре с W- или Z-бозоном и последующий распад на пару «b — анти-b». Эта комбинация стала единственным козырем американского коллайдера: хотя увеличенная энергия столкновений на БАК повышала вероятность рождения бозона Хиггса, фон возрастал ещё сильнее, и общая чувствительность европейского эксперимента оказывалась более низкой. Прочие комбинации удобнее исследовать на БАК.
Результат объединения всех данных, собранных CDF и DZero на «Теватроне» (иллюстрация TEVNPH Working Group).
Выступая на семинаре, сотрудники CDF и DZero, впрочем, обнародовали кое-какие любопытные свежие данные, отличные от того, что уже публиковали их коллеги из Европы. Наиболее интересен показанный выше график, подводящий итог поисков хиггсовской частицы на «Теватроне». По вертикальной оси здесь откладывается отношение сечения рождения бозона Хиггса, исключаемого экспериментом, к сечению, предсказываемому Стандартной моделью. Сплошной чёрной линией обозначена реальная опытная информация, а пунктиром — то, как отношение сечений, согласно расчётам, могло бы выглядеть при полном отсутствии полезных сигналов. Поскольку физики ранее установили, что бозон Хиггса должен быть «лёгким», график ограничен относительно небольшими массами в 100 и 200 ГэВ/с2.
Когда чёрная кривая опускается ниже единицы, отмеченной чёрной горизонтальной линией, определённое в эксперименте максимальное сечение рождения начинает уступать минимально допсутимому модельному, а это означает, что хиггсовский бозон в этих областях масс появляться не может. На нашем графике видна пара таких участков: 100–103 и 147–180 ГэВ/с2. Следовательно, на уровне доверительной вероятности в 95% существование бозона с массой, попадающей в эти диапазоны, исключается. Для удобства на графике также обозначены участки, исключённые в экспериментах ATLAS и CMS на БАК и в опытах на давно завершившем свою работу коллайдере LEP.
Можно, однако, заметить, что область, исключаемая по пересечению пунктирной линии с горизонталью (то есть в предположении об отсутствии сигнала и бозона Хиггса, ответственного за этот сигнал), охватывает намного более широкие диапазоны 100–120 и 139–184 ГэВ/с2. Налицо существенное расхождение между экспериментальными данными и расчётами в интервале 115–140 ГэВ/с2.
Статистическая значимость расхождения составляет 2,5 стандартного отклонения. Таким образом, вероятность того, что рождение и распад «лёгкого» бозона Хиггса на «Теватроне» всё же наблюдались, велика, но не дотягивает до принятого в физике уровня в 5σ, соответствующего открытию. Объявления о надёжном сигнале с нужной значимостью придётся подождать до среды.
Итоговый 69-страничный отчёт CDF и DZero можно скачать отсюда.
Подготовлено по материалам Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми.
Дмитрий Сафин, Компьюлента
