Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли
В 2004 году, когда строительство Большого адронного коллайдера шло полным ходом, Брауту, Англеру и Хиггсу была присуждена премия Вольфа по физике, неофициально считающаяся предвестницей Нобелевской премии. В 2010 году все шесть физиков разделили премию Сакураи, еще один престижный знак отличия в физике элементарных частиц. Наконец, в 2013 году, после открытия бозона Хиггса, Нобелевский комитет решил присудить Нобелевскую премию по физике Франсуа Англеру и Питеру Хиггсу – за теоретическое описание хиггсовского механизма. Роберт Браут ушел из жизни незадолго до этого; будь он жив, он, несомненно, тоже получил бы награду.
Следует добавить, что, независимо от всех перечисленных выше первооткрывателей механизма, ровно те же идеи и примерно в то же время разработали Александр Мигдал и Александр Поляков, в будущем – выдающиеся советские физики-теоретики, а в тот момент – студенты, которым было лишь по 19 лет. В своих воспоминаниях Мигдал рассказывает, что они написали статью и целых два года пытались опубликовать ее в отечественном журнале, но поначалу никто не хотел воспринимать их работу серьезно. Статья вышла в “Журнале экспериментальной и теоретической физики” лишь в 1966 году, когда, как говорится, поезд уже ушел, да и на Западе она долгое время была неизвестна. Тем не менее в сопроводительных материалах к премии 2013 года Нобелевский комитет воздает должное статье Мигдала и Полякова.
В своем описании событий 1964 года Тонелли допускает еще одно чрезмерное упрощение: он говорит, что после работ Хиггса и бельгийцев стало ясно, как возникает спонтанное нарушение симметрии электрослабого взаимодействия. Здесь несколько смазана последовательность событий. В 1964 году теории электрослабой симметрии еще не существовало, это более поздняя конструкция. И бельгийцы, и Хиггс строили свою теорию для очень упрощенного примера взаимодействий, а не для реалистичной ситуации. Мало того: гораздо более плодотворной выглядела в то время идея применить спонтанное нарушение симметрии к свойствам адронов – ведь кварковая структура адронов тогда только-только выходила на арену и не была общепринятой. Лишь несколько лет спустя, после построения теории электрослабых взаимодействий и включения в нее кварков и лептонов, стало отчетливо ясно, что хиггсовский механизм должен играть в ней ключевую роль.
Более подробную историю возникновения хиггсовского механизма и ссылки на исторические материалы можно найти в научно-популярной статье Иванов И. Нобелевская премия по физике — 2013. Элементы. ру, 10.10.2013.
Когда эта книга готовилась к печати, из Эдинбурга пришло печальное известие о кончине Питера Хиггса. Подробнее о жизни и работе скромного британского физика, ставшего мировой знаменитостью против своей воли, можно прочитать в научно-популярной статье Левин A. Тихий физик из Эдинбурга: памяти Питера Хиггса. Элементы. ру, 15.04.2024. Заинтересованному читателю можно также порекомендовать биографические книги о жизни Питера Хиггса (Frank Close. Elusive: How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass. Basic Books, 2022) и Франсуа Англера (Losman D. Il n’est sagesse sans folie. La vie singulière de François Englert. Académie royale de Belgique, 2023).
Как обстоят дела в хиггсовской физикепо состоянию на 2024 год
Открытие бозона Хиггса в 2012 году ознаменовало собой не только кульминацию почти полувековых поисков этой уникальной частицы, но и начало новой эпохи в физике элементарных частиц – эпохи хиггсовских исследований. Нам открылась совершенно новая грань нашего мира, и физики, радостно потирая руки, принялись ее изучать. Популярный рассказ о состоянии физики частиц в тот знаменательный момент можно найти в новости Иванов И. Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее. Элементы. ру, 16.07.2012.
Рассказ Тонелли оканчивается 2015 годом: восторг открытия улегся, уступив место планомерной работе по изучению свойств хиггсовского бозона, попыткам обнаружить с его помощью какие‑то новые законы мироздания, получить прямые намеки на Новую физику. Кратко опишу, что произошло в этой области исследований за прошедшее десятилетие.
Изучение свойств бозона Хиггса подразумевает целый комплекс измерений. Эта частица исключительно нестабильна и спустя кратчайшую долю секунды после своего рождения в протонных столкновениях она превращается в более легкие и стабильные частицы. Однако распадаться она может на разные наборы конечных частиц, и каждый из ее каналов распада имеет четко определенную вероятность. Теоретики могут эти вероятности сосчитать в рамках Стандартной модели, а также в рамках разнообразных теорий Новой физики, а экспериментаторы могут их измерить. Чем больше событий рождения и распада бозона Хиггса задетектировано, тем точнее окажутся экспериментальные измерения и тем надежнее можно будет делать выводы о справедливости предсказаний Стандартной модели или об отклонениях от нее. Кроме того, процесс возникновения бозона Хиггса тоже может протекать по‑разному; все характеристики для любого канала его рождения можно с некоторой точностью вычислить теоретически и измерить в эксперименте. Наконец, для каждой конкретной комбинации рождения и распада бозона можно изучать распределения числа событий по энергиям или углам вылетевших частиц – и тоже сравнивать результаты с предсказаниями теории.
В течение последнего десятилетия из сотен таких исследований постепенно складывался “портрет” хиггсовской частицы. По мере того как накапливались данные и более прозорливыми становились методы их анализа, по мере появления новых идей и теоретических расчетов этот “портрет” становился все более отчетливым, в него добавлялись новые штрихи, исчезали белые пятна.
Работа Большого адронного коллайдера организована в многолетние сеансы, чередующиеся техническими паузами на ремонт и модернизацию. Первый сеанс набора данных, LHC Run 1, закончился в 2012 году, но полученные данные анализировались еще несколько лет. С 2015 по 2018 год прошел второй сеанс работы LHC Run 2 на повышенной энергии протонных столкновений, в ходе которого было собрано значительно больше данных. В 2022 году, после многолетней паузы, усугубленной, в частности, пандемией и ее ограничениями, стартовал рабочий сеанс Run 3. Результаты по хиггсовскому бозону, которые появляются сейчас, в 2024 году, в основном базируются на огромной статистике Run 2, иногда с добавкой прошлогодних данных.
В 2012–2015 годах, когда шла обработка данных Run 1 и все хиггсовские измерения еще обладали большими погрешностями, появились намеки на то, что свойства бозона Хиггса заметно расходятся с ожиданиями Стандартной модели. Каналы рождения и распада были ожидаемыми, но их вероятности, казалось, отличаются от стандартных. Более того, в 2015 году появились намеки на то, что бозон Хиггса может иногда распадаться на две разные частицы (мюон и тау-лептон), что в рамках Стандартной модели совершенно невозможно.
Любопытно, что намеки на отклонения появлялись не только в свойствах бозона Хиггса, но и в иных процессах рождения и распада частиц. В какой‑то
