Сегодня ученые знают о строении Вселенной значительно больше, чем вчера. 4 июля объявлено об открытии бозона Хиггса — элементарной частицы, теоретически предсказанной 48 лет назад. Автор теории о существовании бозона профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс, послушав доклад ученых о проделанной ими экспериментальной работе, констатировал, что результат удалось показать, благодаря появлению современных ускорителей частиц и технологиям грид-компьютерных вычислений, что в полной мере характеризует природу современных научных открытий.

Громкие события в физике элементарных частиц случаются редко, хотя в последнее время с этим везет. В сентябре прошлого года специалисты итальянского Национального института ядерной физики сообщили о преодолении скорости света частицами нейтрино. Дальнейшие эксперименты показали, что результат был достигнут, скорее всего, благодаря некорректной работе приборов, но сенсация к тому времени уже прогремела.

Сегодня в Европейском центре ядерных исследований (CERN) речь шла о событии, не менее значимом с точки зрения понимания процессов образования Вселенной. Бозон Хиггса именуют «частицей Господа», исходя из того, что Бог создал мир, а бозон Хиггса — массу. В рамках стандартной модели именно эта частица задает массу других частиц, взаимодействуя с ними. Несколько упрощая, можно сказать, что если бы не бозон Хиггса, Большой взрыв не привел бы к формированию галактик и небесных тел в известном нам виде.

Ученые высказывали предположение, что именно масса самого бозона Хиггса влияла на пути расширения Вселенной. Именно поэтому важно было не только доказать сам факт существования частицы, но и установить ее массу.

Поиск доказательств существования бозона Хиггса являлся одной из основных задач, ради которой и строили коллайдер, крупнейшую на планете установку класса megasience стоимостью более $9 млрд. На ускорителе ученые сталкивают разогнанные до околосветовой скорости протоны и изучают результаты. Потоки частиц и возникающее при столкновениях излучение фиксируют четыре детектора, установленные в точках пересечения пучков. 

Поисками бозона Хиггса независимо друг от друга в течение двух лет занимались две группы ученых на детекторах ATLAS и CMS. Для идентификации частицы необходимо было наработать как можно большую «светимость» — собрать максимум данных о столкновении частиц в ускорителе. За два года группы ученых собрали и проанализировали данные о 20 фемтобарнах, что соответствует примерно 1,4 сикстиллионов столкновений протонов.

Еще в декабре прошлого года полученные к тому времени результаты позволили сообщить, что признаки существования бозона Хиггса они уже видят. Масса частицы по версии коллаборации ученых, работающих на ATLAS, лежит в пределах от 116 до 130 ГэВ. Группа ученых с CMS в то же время представила данные о признаках существования бозона Хиггса в области масс между 115 и 127 ГэВ.

Исследования продолжались и в июне 2012 года. Математик Питер Войт из Колумбийского университета сообщил в своем блоге, что анализ данных, полученных учеными на БАКе, указывает на существование бозона Хиггса с массой 124 ГэВ. Эти же данные в июне появились и в научных СМИ, при этом уровень статистической значимости результатов достигал от 4,5 до 5 стандартных отклонений (сигма). Показатель сигма демонстрирует вероятность отклонений — случайных флуктуаций. Чем выше показатель сигма, тем меньше вероятность отклонений. Результаты исследований позволяют говорить об открытии, когда показатель сигма выше трех единиц. Исследования ATLAS и CMS позволили достигнуть результата в 5 сигма в эксперименте каждой из групп ученых — это означает вероятность флуктуаций с вероятностью 1 к 3500000.

В итоге обе группы ученых получили практически одинаковые результаты с небольшими различиями в показателях массы; у ATLAS получилось 126,5 ГэВ, у CMS — 125,3 ГэВ. Ученые не считают эту разницу значимой, отмечая, что в дальнейшем результат будет уточняться по мере набора большей статистики.

— По сути, это только начало исследований бозона Хиггса, предстоит еще выяснить другие параметры этой частицы, — говорит начальник лаборатории Института теоретической и экспериментальной физики Владимир Гаврилов, участвовавший в исследованиях в коллаборации CMS. — Кроме того, нам пока удалось идентифицировать один хиггсовский бозон, а их в рамках стандартной теории может быть несколько разнотипных. В любом случае представленное сегодня открытие имеет прямое отношение к глобальному пониманию устройства Вселенной. Это путь к пониманию строения темной энергии, темной материи.

По мнению ведущего научного сотрудника НИИ ядерной физики МГУ Ольги Колодовой, также участвовавшей в коллаборации CMS, открытие бозона Хиггса вполне может быть отмечено Нобелевской премией:

— Только возникает вопрос, кому присуждать премию — понятно, что самому Хиггсу, в первую очередь, но над экспериментальным доказательством его теории работали огромные научные коллективы. Премии достоин тот, кто построил коллайдер, но это тоже достижение не одного человека, а многих. Возможно, премию заслуживают главы коллабораций ученых, работавших в CERN, однако эти люди также менялись.

По словам Гаврилова, в коллаборации CMS в общей сложности участвовали 2,5 тыс. человек, из них порядка 60 из России. В коллаборации ATLAS количественное участие россиян было примерно таким же, говорит Гаврилов.