Этим летом в Чикаго, с 3 по 10 августа, теоретики и физики-экспериментаторы со всего мира примут участие в Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP). Одним из основных моментов этой конференции являются лаборатории CERN, где физики элементарных частиц демонстрируют богатство новых данных, которые Большой Адронный Коллайдер (LHC) получил в этом году.
Но среди всего того волнения, которое дает возможность взглянуть на более чем 100 последних результатов, нужно было поделиться некоторыми плохими новостями. Благодаря всем новым данным, предоставленным LHC, вероятность того, что была обнаружена новая элементарная частица - вероятность, которая начала появляться, вероятно, восемь месяцев назад - теперь исчезла. Жаль, потому что существование этой новой частицы было бы революционным!
Признаки этой частицы впервые появились еще в декабре 2015 года, когда команды физиков, использующих два детектора частиц CERN (ATLAS и CMS), отметили, что столкновения, выполненные LHC, производили больше пар фотонов, чем ожидалось, и с объединенной энергией 750 гигаэлектронвольт. В то время как наиболее вероятным объяснением была статистическая случайность, была еще одна заманчивая возможность - что они видели свидетельство новой частицы.
Если бы эта частица действительно была реальной, то это была бы более тяжелая версия бозона Хиггса. Эта частица, которая дает другим элементарным частицам их массу, была открыта в 2012 году исследователями в ЦЕРН. Но хотя открытие бозона Хиггса подтвердило Стандартную модель физики частиц (которая была научным соглашением в течение последних 50 лет), возможное существование этой частицы было несовместимо с ней.
Другая, возможно, еще более захватывающая теория состояла в том, что частица была долгожданным гравитроном, теоретической частицей, которая действует как «носитель силы» для гравитации. Если это действительно так это частица, тогда ученые наконец-то смогут объяснить, как общая теория относительности и квантовая механика сочетаются друг с другом - то, что ускользало от них на протяжении десятилетий и препятствовало развитию теории всего (ТЭ).
По этой причине в научном сообществе наблюдалось значительное волнение, и по этому вопросу было подготовлено более 500 научных работ. Однако благодаря огромному количеству данных, предоставленных за последние несколько месяцев, исследователи CERN были вынуждены объявить в пятницу на ICEP 2016, что не было никаких новых доказательств наличия частицы.
Результаты были представлены представителями команд, которые впервые заметили необычные данные в декабре прошлого года. Бруно Лензи представлял детектор ATLAS в ЦЕРН, который впервые отметил пары фотонов. Тем временем Кьяра Ровелли представляет конкурирующую команду, которая использует компактный мюонный соленоид (CMS), который подтвердил показания.
Как они показали, показания, которые указывали на увеличение количества фотонных пар в декабре прошлого года, с тех пор вышли на плоскую линию, устраняя любые сомнения относительно того, было ли это случайностью или нет. Тем не менее, как Тициано Кампорес - представитель С.М.С. - цитировал Нью-Йорк Таймс как говорилось накануне объявления, командам всегда было ясно, что это вряд ли возможно:
«Мы ничего не видим. На самом деле, даже в этот момент существует небольшой дефицит. Это разочаровывает, потому что об этом было столько шумихи. [Но] мы всегда были очень круты об этом ».
Эти результаты были также изложены в документе, представленном CERN C.M.S. Команда в тот же день. И CERN Laboratories повторили это заявление в недавнем пресс-релизе, посвященном последнему анализу данных, представленному на ICEP 2016:
«В частности, интригующий намек на возможный резонанс при распаде 750 ГэВ на пары фотонов, который вызвал значительный интерес к данным 2015 года, не появился в гораздо большем наборе данных 2016 года и, таким образом, представляется статистическим колебанием».
Все это было разочаровывающей новостью, поскольку открытие новой частицы могло пролить свет на многие вопросы, возникающие в связи с открытием бозона Хиггса. С тех пор, как это впервые наблюдалось в 2012 году, а затем подтвердилось, ученые изо всех сил пытались понять, почему именно то, что дает другим частицам их массу, может быть таким «легким».
Несмотря на то, что это самая тяжелая элементарная частица с массой 125 миллиардов электрон-вольт, квантовая теория предсказала, что бозон Хиггса должен быть в триллионы раз тяжелее. Чтобы объяснить это, физики-теоретики задаются вопросом, существуют ли на самом деле какие-то другие силы, которые удерживают массу бозона Хиггса в страхе - то есть некоторые новые частицы. Хотя новых экзотических частиц пока не обнаружено, результаты до сих пор обнадеживают.
Например, они показали, что эксперименты на LHC уже зарегистрировали примерно в пять раз больше данных за последние восемь месяцев, чем за весь прошлый год. Они также дали ученым представление о том, как субатомные частицы ведут себя при энергиях 13 триллионов электронвольт (13 ТэВ), новый уровень, который был достигнут в прошлом году. Этот уровень энергии стал возможен благодаря модернизации, выполненной на LHC во время двухлетнего перерыва; до этого он работал только на половину мощности.
Еще одной вещью, которой стоит похвастаться, был тот факт, что LHC превзошел все предыдущие рекорды производительности в июне этого года, достигнув максимальной яркости в 1 миллиард столкновений в секунду. Возможность проводить эксперименты на этом энергетическом уровне и включать в себя множество столкновений, предоставила исследователям LHC достаточно большой набор данных, чтобы они могли проводить более точные измерения процессов Стандартной модели.
В частности, они смогут искать аномальные взаимодействия частиц при большой массе, что представляет собой косвенный тест для физики, выходящий за рамки Стандартной модели, - в частности, новые частицы, предсказанные теорией суперсимметрии и другими. И хотя им еще предстоит открыть какие-либо новые экзотические частицы, результаты до сих пор обнадеживают, главным образом потому, что они показывают, что LHC дает больше результатов, чем когда-либо.
И хотя открытие чего-то, что могло бы объяснить вопросы, возникающие в связи с открытием бозонов Хиггса, было бы крупным прорывом, многие согласны с тем, что слишком рано, чтобы наши надежды оправдались. Фабиола Джанотти, генеральный директор CERN, сказала:
«Мы только в начале пути. Превосходная производительность ускорителя LHC, экспериментов и вычислений предвещает очень хорошие результаты для детального и всестороннего исследования энергетического масштаба в несколько ТэВ и значительного прогресса в нашем понимании фундаментальной физики ».
В настоящее время, похоже, нам всем придется набраться терпения и ждать, когда будут получены новые научные результаты. И мы все можем утешиться тем фактом, что, по крайней мере, на данный момент, стандартная модель все еще кажется правильной. Ясно, что нет никаких коротких путей, когда дело доходит до выяснения того, как работает Вселенная и как все ее фундаментальные силы сочетаются друг с другом.
