Як шукають бозон Хіггса за допомогою коллайдера

Великий адронний коллайдер складається з кільця прискорювача (магнітної системи) довжиною 26659 м., Инжекционного комплексу, прискорювальної секції, семи детекторів, призначених для виявлення елементарних частинок, та кількох інших малозначущих систем. Два з детекторів колайдера використовують для пошуку хіггсовского бозона: ATLAS і CMS. Однойменними аббрівеатурамі іменуються проводяться на них експерименти, а також колаборації (групи) вчених, які працюють на цих детекторах. Вони досить численні, наприклад, в колаборації CMS бере участь близько 2,5 тис. Чоловік.

Для того щоб засікти нові частинки, в колайдері створюють протон-протонні зіткнення, тобто зіткнення пучків протонів. Кожен пучок складається з 2808 згустків, а в кожному з цих згустків - близько 100 млрд протонів. Розганяючись в Інжекційні комплексі, протони «впорскуються» в кільце, де прискорюються за допомогою резонаторів і знаходять енергію 7 тераелектронвольт, а потім стикаються в місцях розташування детекторів. Результатами таких зіткнень є цілий каскад часток з різними властивостями. Перед початком експериментів очікувалося, що однією з них буде бозон, раніше передбачений фізиком-теоретиком Пітером Хігсом.

Бозон Хіггса - це нестабільна частинка. З'являючись, він тут же розпадається, тому його шукали по продуктам розпаду на інші частинки: глюони, мюони, фотони, електрони і т.д. Процес розпаду фіксувався детекторами ATLAS і CMS, а отримана інформація відправлялася на тисячі комп'ютерів по всьому світу. Раніше вчені припустили, що каналів (варіантів розпаду) може бути декілька, і з різним успіхом здійснювали дослідження по кожному з цих напрямків.

Зрештою 4 липня 2012 г на відкритому семінарі в CERN фізики надали результати своєї роботи. Вчені з колаборації CMS оголосили, що аналізували дані по п'яти каналах: розпад бозона Хіггса на Z-бозони, гамма-фотони, електрони, W-бозони і кварки. Сумарно статистична значимість виявлення бозона Хіггса склала 4,9 сигми (це термін зі статистики, так зване «стандартне відхилення») для маси 125,3 Гев.

Потім вчені з колаборації ATLAS оголосили дані розпаду бозона по двох каналах: на два фотони і на чотири лептона. Сумарно статистична значимість для маси в 126 Гев склала 5 сигма, тобто ймовірність того, що причиною спостережуваного ефекту є статистична флуктуація (випадкове відхилення), дорівнює 1 до 3,5 млн. Цей результат дозволив з великою часткою ймовірності оголосити про відкриття нової частинки - бозона Хіггса.