Одной из основных целей строительства LHC
являлось доказательство существования бозона Хиггса. В Стандартной модели
фундаментальные частицы являются безмассовыми, массы частиц появляются в
результате их взаимодействия со специальным полем, которое было предсказано
Энглером, Браутом, Хиггсом и называется полем Хиггса. Согласно Стандартной
модели пространство заполнено однородным скалярным полем Хиггса, которое
возникает при охлаждении Вселенной после Большого взрыва.
Об открытии бозона Хиггса было объявлено 4 июля
2012 г. на семинаре в CERN. До этого времени бозон Хиггса был единственным
недостающим звеном в Стандартной модели. Его основной задачей было обеспечить
появление масс у фундаментальных частиц Стандартной модели. Лептоны, кварки,
W±-,
Z-бозоны
получают массы, потому что в природе существует поле Хиггса, квантом этого поля
является бозон Хиггса. Бозон Хиггса был открыт двумя экспериментальными группами,
работающими на двух детекторах – ATLAS и
CMS.
Бозон Хиггса обнаружили, изучая распады бозона Хиггса на два фотона (коллаборация
CMS)
H → 2γ
или на две пары лептон-антилептон (коллаборация
ATLAS)
H → e+e−e+e−,
H → e+e−μ+μ−,
H → μ+μ−μ+μ−.
О сложности наблюдения бозона Хиггса можно
судить по следующим цифрам. Из тысячи распадов бозона Хиггса распад на
2γ происходит
в 2 случаях. Распад на 4 лептона
происходит ещё
в ~100 раз реже. Тем не менее, были выбраны эти каналы распада, так как можно
было надеяться выделить нужные события на уровне большого фона от других событий.
Результаты экспериментов ATLAS и CMS показаны на рис. 20.
Рис. 20. Обнаружение бозона Хиггса в экспериментах ATLAS (слева)
и CMS (справа).
Основные характеристики бозона Хиггса
M(H) = 125 ГэВ,
J(H) = 0,
τ ~ 10-22 c.
Поиск бозона Хиггса составлял одну из
приоритетных задач LHC. Другой важной проблемой является обнаружение
экспериментальных данных, не описываемх Стандартной моделью − отклонение от
Стандартной модели, поиск новой физики за пределами Стандартной модели.
Академик В. А. Рубаков: «Мы можем только
выдвигать гипотезы о физике за пределами Стандартной модели и её роли в ранней
Вселенной. Физика в ТэВ-области энергий может кардинально отличаться от той
физики, к которой мы привыкли. Например, не исключено, что масштаб порядка 1 ТэВ
— это не только электрослабый, но и гравитационный масштаб. Такое возможно в
моделях с дополнительными пространственными измерениями большого размера. в
которых связь планковского масштаба с фундаментальным гравитационным масштабом
зависит от объёма дополнительных измерений, так что фундаментальный масштаб
может быть значительно меньше, чем MPl.
Если в экспериментах на
LHC
будет действительно обнаружено, что
фундаментальный гравитационный масштаб энергий находится в ТэВ-области, то
произойдёт настоящий прорыв как в физике частиц, так и в космологии. С точки
зрения физики частиц, такой прорыв будет связан с возможностью исследовать на
коллайдерах квантовую гравитацию и её высокоэнергетическое расширение (каковым,
возможно, является теория суперструн). С точки зрения космологии, такое открытие
приведёт к пересмотру многих представлений о ранней Вселенной. Например,
необходимо будет рассматривать инфляцию (если на ней настаивать) в режиме низких
плотностей энергии или в режиме квантовой гравитации; максимальная температура
на обычной горячей стадии будет ограничена величиной порядка 1 ТэВ. так что
тёмная материя и барионная асимметрия должны будут образовываться либо при
сравнительно низких температурах, либо в квантово-гравитационном режиме.
Необычайно интересным представляется исследование космологии в условиях сильных
квантово-гравитационных эффектов на основе поступающих коллайдерных данных. Эта
перспектива, пожалуй, является слишком радужной, чтобы быть реалистичной.
Более вероятно,
что на LHC
будет
обнаружено что-то совсем новое, о чём теоретики и не догадывались. Или, наоборот,
будет обнаружено настолько мало, что необходимо будет всерьёз вставать на точку
зрения антропного принципа. В любом случае, результаты экспериментов на LHC
существенно
дополнят наши представления о физике, и космология здесь — не исключение».
