Результаты столкновения протонов в коллайдере. Красным показаны расчетные траектории мюонов. Изображение с сайта CERN
13 декабря в ЦЕРНе на специальном публичном мероприятии были представлены самые последние данные по поиску хиггсовского бозона на LHC на двух главных детекторах Большого адронного коллайдера — ATLAS и CMS. Краткий вывод: предварительные данные указывают на то, что существует некая частица с массой около 125 ГэВ, которая выглядит очень похоже на хиггсовский бозон. Никаких более сильных утверждений на данный момент сделать нельзя. Для этого потребуется дальнейший набор статистики, который начнется лишь весной следующего года.
Напомним, что хиггсовский бозон очень долго — и пока безуспешно — искали на самые разных ускорителях. В прошлом году в гонку включился Большой адронный коллайдер. Первые серьезные данные LHC, полученные на интегральной светимости свыше 1 fb–1, были обнародованы этим летом (про сами эти данные и про то, как вообще ищут хиггсовский бозон, см. в нашей новости Представлены первые серьезные данные LHC по поиску бозона Хиггса). Уже тогда пары месяцев серьезной работы ускорителя хватило, чтобы перекрыть практически все результаты многолетних поисков бозона Хиггса на Тэватроне. Единым махом был практически закрыт широкий диапазон возможных масс бозона (от 150 ГэВ и выше), и поиск сузился до интервала 114–150 ГэВ, наиболее трудного для экспериментаторов. По мере набора данных этот интервал сужался, а иногда в нём наблюдались подозрительные флуктуации то при одном, то при другом значении массы. Тем не менее до статистически достоверного сигнала дело пока не доходило (см. подраздел про хиггсовский бозон в нашей ленте новостей).
Данные детектора ATLAS по двухфотонному рождению в области инвариантных масс от 100 до 160 ГэВ. Рисунок из статьи Combination of Higgs Boson Searches with up to 4.9 fb–1 of pp Collision. Data Taken at √s=7 TeV with the ATLAS Experiment at the LHC
Однако с тех пор набранная статистика возросла в несколько раз, и ее обработка позволила физикам еще лучше подавить статистические шумы в данных. Результаты, обнародованные 13 декабря, основывались на обработке интегральной светимости почти 5 fb–1, то есть практически на всей статистике, набранной в этом году.
Главные результаты таковы. Коллаборация ATLAS сфокусировалась на анализе двух наиболее удобных каналов распада бозона Хиггса: распад на два фотона и распад на два Z-бозона. Предварительные результаты по этим двум каналам уже опубликованы на странице детектора ATLAS. В этих каналах распада данные однозначно показывают небольшое превышение над «бесхиггсовским» фоном, причем в обоих случаях превышение приходится примерно на одно и то же значение массы — 124–126 ГэВ. Суммарная статистическая значимость этого превышения составляет 3,6 стандартных отклонения (3,6 σ). Впрочем, при максимально жесткой интерпретации результатов она уменьшается до 2,3 σ.
Обновленные данные детектора CMS по поиску хиггсовского бозона. Показан график чувствительности детектора к хиггсовскому бозону с массой от 110 до 160 ГэВ
Коллаборация CMS смогла подготовить обновленные результаты сразу по всем каналам распада хиггсовского бозона на светимости 4,6 fb–1. Предварительные результаты доступны на сайте ЦЕРНа (CMS-HIG-11-032). Суммарный анализ всех каналов распада также показывает аналогичное превышение при массе примерно 123 ГэВ на уровне статистической значимости чуть выше 2 σ, причем ключевую роль и здесь играет распад на два фотона. Кроме того, обе коллаборации еще сильнее сузили интервал масс, в котором может «скрываться» бозон Хиггса — сейчас он составляет всего лишь 116–131 ГэВ.
Результаты «официального объединения» новых данных с этих двух детекторов пока озвучены не были. Оценка на глаз позволяет предположить, что при объединении статистическая значимость пика при 125 ГэВ возрастает примерно до 4 «сигма». На научном жаргоне это позволяет говорить о том, что в эксперименте имеется «указание на существование новой частицы», но о настоящем открытии речь пока не идет (для этого потребуется усилить «контрастность» пиков и увеличить статистическую значимость до 5 σ). Вероятность того, что этот пик — не проявление реальной частицы, а лишь статистическая флуктуация, имевшая место сразу в обоих детекторах, довольно мала. Однако от такого варианта пока никто не зарекается — в физике элементарных частиц были прецеденты «исчезновения» поначалу очень статистически значимых пиков.
Разумеется, нет также никакой гарантии, что эта частица (если она реальна) является долгожданным хиггсовским бозоном. Для того чтобы убедиться, что это действительно он, потребуется найти аналогичный пик не только в двухфотонном распаде, но и в других наборах частиц, и сопоставить интенсивности этих пиков. Наконец, даже если этот сигнал пройдет проверки и окажется хорошим кандидатом в бозоны Хиггса, останется самый главный вопрос: бозоном Хиггса какой именно модели он является. На всё это потребуется дополнительное время и многократное увеличение статистики.
Официальные результаты, касающиеся поиска хиггсовского бозона, уже находятся в открытом доступе на страницах ATLAS Higgs Public Results и CMS Higgs Physics Results. Дополнительную информацию про эти результаты и про физику на LHC в целом можно найти в блоге Matt Strassler.
Статья: Бозон Хиггса - призрак чёрной кошки в тёмной комнате
http://lemyakin.narod.ru/temkom/prizrak.htm