Эксперимент с интригой



Теватрон функционирует с 1983 года, и за это время он произвел не одну сенсацию. Наиболее известная из них — открытие топ-кварков, самых тяжелых на сегодня элементарных частиц. Ускоритель включает в себя два больших детектора — CDF и D0, на которых работают две крупные международные коллаборации ученых. На детекторе CDF в апреле и была зафиксирована частица, о существовании которой ученые прежде не догадывались. Открытие сделали во время эксперимента по столкновению протонов и антипротонов. Когда они разгоняются в ускорителе и сталкиваются с энергией в два тераэлектронвольта, возникают тысячи реакций, протекающих с образованием различных частиц. «Во время очередного эксперимента мы занимались изучением вероятности парного образования W-бозонов, — рассказал «Итогам» руководитель коллаборации D0 доктор физико-математических наук Дмитрий Денисов. — Эти частицы вместе с Z-бозонами отвечают за слабое взаимодействие. Вообще-то образование W-бозонов не редкость. Но в конкретном случае нас интересовало, что происходит, когда один W-бозон распадается на лептон и нейтрино, а второй — на пару струй, то есть потоков энергии». Тут и появилась интрига. Выяснилось, что при эксперименте возникли две струи с эффективной массой в 145±5 гигаэлектронвольт (ГэВ). Это и стало сенсацией: все указывало на то, что в паре с W-бозоном образовалась некая доселе неизвестная частица с массой в 145 ГэВ.



Самые смелые теоретики сразу предположили, что они ухватили за хвост пресловутый бозон Хиггса. Основания для такого предположения имелись — масса хиггсовского бозона примерно и равнялась 145 ГэВ. Однако, кроме совпадения по массе, зарегистрированная частица ничем больше на бозон Хиггса не походила. И потому теоретики осторожно предположили, что они столкнулись с одним из проявлений суперсимметрии, также предсказанной в рамках Стандартной модели, то есть теории элементарных частиц и их взаимодействия. Суперсимметрия подразумевает наличие в природе частиц, идентичных известным элементарным частицам, но с противоположным зарядом. Но и здесь все оказалось не так просто, поскольку суперсимметричные частицы должны, как считается, иметь массы больше сотен и сотен ГэВ. Что же в таком случае обнаружили на Теватроне?



Энергетическая пустыня



По всей видимости, как полагают американские исследователи, речь может идти об открытии ими бозона, но не Хиггса, а частицы, отвечающей за некую, условно говоря, пятую силу. Эта сила может дополнить уже известные четыре вида взаимодействия — сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. У каждого из них есть свои бозоны. У сильного взаимодействия — глюоны. У слабого — уже упомянутые выше W- и Z-бозоны. У электромагнитного — фотоны. За гравитацию отвечает так до сих пор и не пойманный гравитон. Если же пятый вид взаимодействия в природе все-таки существует, то найденная частица вполне может оказаться его переносчиком, еще не имеющим своего названия. По сути, и само описание неведомой пятой силы пока может быть весьма расплывчатым: это некое взаимодействие, которое переносится некой частицей и отвечает за существование некой материи.



Физики-теоретики в последнее время все активнее предсказывают возможность существования пятой силы. Дело в том, что сейчас наблюдается огромный разрыв между теми энергиями, на которых современные ускорители могут видеть элементарные частицы и наблюдать взаимодействия между ними, и тем, где заканчивает свое действие Стандартная модель. Этот разрыв называется «великой энергетической пустыней». Для нее нет никаких предсказаний. Все наблюдаемые или предсказанные с большой вероятностью частицы находятся в области энергий до 3500 ГэВ, откуда и начинается энергетическая пустыня, доходящая вплоть до 1016 ГэВ. На этой отметке, как предполагается, случится великое объединение всех взаимодействий. Не исключено, что именно в «пустыне» и таится неизвестная доселе пятая сила. Некоторые ученые предполагают, что она может являться чем-то вроде антигравитации или темной энергии. И якобы именно эта сила позволяет перемещаться в обход силы притяжения, а может быть, и остальных взаимодействий, не обращая внимания даже на такое ограничение, как скорость света.



С правом на ошибку



После обнародования результатов эксперимента ученый мир загудел, как разворошенный улей. «Что-то нашли, и сейчас специалисты ломают головы, что именно — то ли это действительно новая частица, то ли систематическая ошибка в проведении эксперимента», — рассуждает заведующий отделом экспериментальной физики высоких энергий Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ доктор физико-математических наук Эдуард Боос.



Скептики подмечают, например, такой момент: во время эксперимента на Теватроне отклонение от фона составило 3 сигма. Переводя с языка физиков на общедоступный, 3 сигма — это вероятность события, оцениваемая в 99,7 процента. Это практически стопроцентное попадание, и все же при таком раскладе полученный результат обычно считается не открытием, а указанием на что-то новое. «3 сигма — это как орел и решка, — говорит старший научный сотрудник сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН кандидат физико-математических наук Александр Иванчик. — Известно немало случаев, когда какое-то событие оценивалось в 3 сигма, а потом ставили эксперимент даже не в два, а в полтора раза точнее, и от этих 3 сигма ничего не оставалось. Поэтому событие на таком уровне — это гадание на кофейной гуще».



И все же, несмотря на то, что о найденной частице пока известно лишь то, что она образуется вместе с W-бозоном, имеет массу в 145±5 ГэВ и распадается на пару струй, многие физики не намерены считать это событие ошибкой. Ведь большинство великих открытий так и начиналось — с мизера информации. Теперь нужно только проверять и ждать. Дмитрий Денисов говорит, что коллаборация D0 уже завершает проверку данных коллег по Теватрону. Результат обещают опубликовать в самое ближайшее время. Возможно, полученный результат проверят на Большом адронном коллайдере. Если же частица пятой силы действительно окажется открыта, то сведения о ней перевернут наши знания о строении Вселенной.