Физики, работающие с американским коллайдером Теватрон, представили окончательные результаты более чем десятилетних поисков бозона Хиггса – по их данным, если частица существует, то ее масса находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.

Семинар об итоговых результатах работы Теватрона транслировался в прямом эфире на сайте Лаборатории имени Ферми (Фермилаб, США). Американские ученые представили свои оценки массы бозона Хиггса за два дня до семинара Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), на котором, как ожидается, их европейские коллеги представят более определенные свидетельства существования частицы.

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. Физики измеряют массы частиц в единицах энергии – электронвольтах – основываясь на формуле Эйнштейна, E=mc², 100 ГэВ/c² примерно в 10⁷ раз больше массы протона.

Окончательные результаты Теватрона, завершившего свою работу осенью 2011 года, показывают, что масса бозона Хиггса находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.

Аналогичные оценки американские ученые давали и в начале марта 2012 года, однако уровень статистической значимости результатов удалось повысить с 2,2 до 2,9 стандартных отклонения (сигма).

Физики говорят о «свидетельствах» существования новой частицы, когда этот параметр достигает уровня 3 сигма. Тогда вероятность, что наблюдаемый эффект вызван статистической флуктуацией, составляет 1 к 740. Об открытии можно говорить при 5 сигма, при вероятности 1 на 3,5 миллиона.

Существует несколько вариантов рождения и последующего распада бозона Хиггса на другие частицы, и американские физики сосредоточили свои усилия главным образом на варианте, при котором частица распадается на пару прелестных кварков (b-кварков) – его Теватрон «видел» лучше Большого адронного коллайдера. Статистическая значимость в 2,9 стандартных отклонения получена именно для этого варианта.

Как отметил в ходе семинара физик из университета штата Мичиган Уэйд Фишер (Wade Fisher),

если ученым, работающим с Большим адронным коллайдером, все же удастся однозначно определить, что бозон Хиггса существует, и оценить его массу, то результаты Теватрона окажутся очень полезными для уточнения параметров частицы.

«Теватрон достиг цели, которую мы перед ним ставили. Наши данные свидетельствуют в пользу существования бозона Хиггса, но для того, чтобы говорить об открытии, потребуются результаты Большого адронного коллайдера», – сказал официальный представитель эксперимента CDF Теватрона Роб Розер (Rob Roser), чьи слова приводятся в сообщении лаборатории.

В декабре 2011 года физики, работающие на детекторе ATLAS на Большом адронном коллайдере, объявили, что видят некоторое превышение сигнала над фоном в интервале от 116 до 130 гигаэлектронвольт. Статистическая значимость такого превышения около значения 126 гигаэлектронвольт составляла 2,8 сигма. Группа, работающая на детекторе CMS, сообщила о признаках существования Хиггса в области масс между 115 и 127 гигаэлектронвольт.

Американский коллайдер Теватрон (Tevatron), построенный в 1983 году в Фермилабе, в штате Иллинойс, был самым мощным ускорителем мира до запуска европейского Большого адронного коллайдера – энергия столкновений в нем составляла около 2 тераэлектронвольт (ТэВ – от этой единицы измерения Теватрон и получил свое название). В октябре 2011 года был закрыт, однако только сейчас физики закончили анализ данных, собранных двумя детекторами – CDF и D0, которые отслеживали результаты столкновений протонов и антипротонов в коллайдере. Всего за 10 лет работы был накоплен объем данных в 10 обратных фемтобарн, что соответствует примерно 500 триллионам протон-протонных столкновений.