ICHEP-2012

Антиподы, или Физика вверх ногами

36-я Международная конференция по физике высоких энергий 2012 года в Мельбурне, первая такая конференция в южном полушарии, началась необычно. После регистрации делегаты отправились в зал, где проходил телемост с ЦЕРН. Из-за восьмичасовой разницы во времени необычно ранний утренний семинар в ЦЕРН пришелся на 5 часов вечера, и переполненные слухами участники нетерпеливо рассаживались в креслах. Дополнительная торжественность момента подчеркивалась вежливой охраной, которая не пускала в зал посторонних.

Хиггс: секретом были лишь детали

Полагаю, что в этот час во многих университетах и научных центрах во всем мире физики с нетерпением ожидали того, что на самом деле ни для кого не было секретом... Секретом были лишь детали: какова статистика? каково значение массы? получен ли сигнал на уровне 5 сигма?

И вот, наконец, доклады коллабораций ATLAS и CMS начались. Зал внимательно следит за экраном. Показаны многочисленные экспериментальные данные, анализируются различные каналы распада, идет сравнение с фоном. И, наконец, зал взрывается аплодисментами: есть 5 сигма! ЦЕРН заявляет об открытии новой частицы с массой в районе 125,5 ГэВ, по своим свойствам напоминающей столь желанный бозон Хиггса. Вероятно, нет нужды пересказывать детали, многие видели это сами.

Несомненно, открытие новой частицы (надеемся, что определение квантовых чисел позволит подтвердить, что речь действительно идет о хиггсовском бозоне) явилось центральным событием конференции. Весь последующий день на секционных докладах подробно обсуждались все детали анализа данных, возможные фоновые события, сканировался весь возможный интервал масс. Итоги были подведены на пленарных заседаниях, где мы снова услышали доклады споксменов коллабораций, где еще и еще раз демонстрировались исторические графики. Уместно вспомнить, что первые указания на существование новой частицы появились в 2011 году, когда была набрана светимость в 5/фб. В 2012 году набрано еще 6/фб, и уровень достоверности по двум основным каналам распада: в два фотона и в четыре лептона, - достиг 5 сигма. Вероятно, в конце года, когда ожидается утроение статистики, будут определены квантовые числа - спин и четность, и можно будет уверенно говорить об открытии хиггсовского бозона.

Поразительно, как появление экспериментальных данных, содержащих по сути дела одно число - 125,5 ГэВ, возбудило физическое сообщество. Важен, конечно, сам факт существования хиггсовского бозона, а не его масса, но и масса, как оказалось, говорит о многом. Уже на следующий день после объявления результата и во все последующие дни в многочисленных докладах обсуждались последствия открытия. Так, например, в фитах данных по поиску суперсимметрии все уже учитывали 125-гэвный Хиггс. (Мой соавтор прислал мне новый график ночью, и утром я его уже показывал. Видимо, все остальные участники тоже уже имели заготовки на случай объявление результатов). Оказалось, что для МССМ (минимальная суперсимметричная Стандартная модель) полученное значение несколько великовато, и немедленно началось обсуждение моделей с расширенным хиггсовским сектором, моделей с нарушением R-четности и пр.

Статистика пока еще невелика, и небольшие отклонения от Стандартной модели можно объяснять флуктуациями, но уже обсуждают некоторое превышение в рождении фотонов и, наоборот, недостаток в рождении лептонов, отсутствие пар тау-лептонов. На повестке дня двухдублетные модели, модели составного хиггса наподобие псевдоголдстоуновских бозонов. Короче говоря, похоже, спячка закончилась, наступает интересное время.

Мне кажется, что мало кто сомневается, что в ближайшее время (в 2012 году) в вопросе о существовании хиггсовского бозона будет поставлена точка. Предстоит еще, конечно, определить, что это за бозон: единственный ли бозон из минимальной версии Стандартной модели, начало ли целого семейства хиггсовских бозонов (как в СУЗИ) или, может быть, составной бозон с наличием возбужденных состояний. Но начало положено. Думаю, что в дальнейшем важность этого исторического момента будет осознана. Похоже, 4 июля мы вступили в новую эру.

CP нарушения, В-физика

При всей важности событий, связанных с хиггсовским бозоном, только этим не исчерпывалась крупнейшая Международная конференция по физике высоких энергий. И хотя на картах, которые показывали некоторые докладчики, мы висели вверх ногами, физика у антиподов оказалась вполне адекватной. Участие в международной коллаборации, будь то эксперимент или теория, становится более надежной связью с миром, чем географическая близость. На конференции присутствовало немало русских, а также представителей других стран-участниц. Только приехали многие не из России, а из-за рубежа. То ли далеко, то ли дорого, то ли некому. Так или иначе, но мы, к сожалению, были там не в лидерах.

Но вернемся к физике. Вторым важным экспериментальным событием конференции стало обнародование результатов по измерению угла смешивания между первым и третьим поколением (т.н. 13) в матрице нейтрино. Установлено (DayaBay, T2K), что этот угол составляет примерно 9 градусов. Принципиальное значение этого результата состоит в том, что вместе с ненулевыми значениями других углов в матрице PMNS это открывает возможность СР нарушения в лептонном секторе аналогично тому, как это происходит в кварковом секторе в матрице СКМ. Сложность этих экспериментов (т.н. LongBaseLine экспериментов) состоит в чрезвычайно малом сечении взаимодействия нейтрино, что потребовало от физиков колоссальных усилий. Тем самым, в настоящий момент определены все лептонные углы смешивания, и все они отличны от нуля. Ситуация похожа на кварковый сектор и отстает от него примерно на 40 лет, хотя численно матрицы СКМ и PMNS мало напоминают друг друга. Загадка флейвора так и не разгадана.

Хотелось бы остановиться на еще одной области физики частиц, где в последние годы достигнут большой прогресс, а именно на В-физике. На конференции прозвучали доклады коллабораций LHCb, Belle и BaBar. Данные по адронным состояниям и редким распадам там набраны колоссальные. Остановлюсь на двух таких измерениях. Во-первых, это чрезвычайно редкий распад Bs µµ. Бренчинг этого процесса в Стандартной модели составляет 3,2x10^-9. Распад до сих пор не наблюдался, и прогресс 2011 года, достигнутый на LHCb, позволил дотянуть до 4,5x10^-9. Ожидалось, что в этом году будет пройден рубеж СМ, однако данных пока маловато. Современный рубеж - 4,2x10^-9. Интерес подогревается тем, что вклад новой физики в этот процесс может быть довольно большим. Так, например, в суперсимметрии дополнительный вклад пропорционален tan⁶, что при значении tan=50 дает огромное усиление. Так что события здесь еще впереди.

Другой процесс, вызвавший большой интерес, - распад D-мезона в К-мезоны или -мезоны. Точнее, измерение эффекта СР нарушения в этих распадах. Измеряется отношение: разность ширин распада D-мезона и анти D-мезона к сумме этих ширин для случая К-мезонов и -мезонов в конечном состоянии. И составляется разность этих отношений. Такая комбинация позволяет минимизировать экспериментальные и теоретические погрешности. Так вот, измеренное значение составляет примерно 0,75 процента, в то время как Стандартная модель предсказывает значение в 20 раз меньше. Однако выводы не столь однозначны, и имеются различные мнения. Некоторые полагают, что это есть сигнал новой физики, другие думают, что все можно объяснить и в рамках СМ. Интрига здесь остается.

Имеются и другие отклонения от СМ. Так например, различие на уровне 2 сигма наблюдается в распаде В тv, есть и другие подобные примеры. Однако нигде ситуация не является критической для СМ. Если "новая физика" потяжелеет, то ждать ее проявления в редких распадах будет затруднительно.

Поиски "новой физики"

Последнее, о чем хотелось бы сказать, это поиски "новой физики", будь то суперсимметрия, новые измерения пространства-времени, дополнительные локальные симметрии, составные частицы, мини черные дыры и прочее. К сожалению для почитателей этих теорий, эксперимент пока ничего не видит. На конференции были представлены новые данные по поиску "новой физики". Конкретные ограничения зависят от модели, но в целом границы новой физики отодвинулись за 1 ТэВ и выше.

Наиболее продвинутой теорией за рамками СМ является теория суперсимметрии. В рамках МССМ предсказывается существование большого количества новых частиц. Поиски этих частиц пока безуспешны. Ограничения на массы сильновзаимодействующих частиц (скварков и глюино) составляют сейчас примерно 1500 и 1000 ГэВ, соответственно. Исключение составляют суперпартнеры топ-кварка, которые могут быть легче. Слабовзаимодействующие частицы - легче. Значения их масс ограничены 200-500 ГэВ. Поскольку МССМ является довольно-таки жесткой теорией, часто возникает вопрос, жива ли еще эта модель, не противоречит ли она наблюдательным данным? Ответ на этот вопрос прозвучал в нескольких докладах: MCCM жива, но уже имеются некоторые сложности при описании совокупности всех данных, включая прямое рождение суперпартнеров, вклад в редкие распады, космологические данные по количеству темной материи во Вселенной, прямая регистрация темной материи, аномальный магнитный момент мюона и, в особенности, легкий хиггсовский бозон в 125 ГэВ. Не исключено, что модель потребует модификации. Но окончательный вердикт последует, вероятно, только после успешного сеанса работы LHC на энергии 14 ТэВ.

Как видно, конференция оказалась весьма насыщенной событиями. Эксперимент сейчас явно господствует над теорией. При всем разнообразии теоретических моделей путь пока не просматривается, нужно ясное экспериментальное указание. И кажется, что процесс этот пошел. Многолетние усилия начинают давать плоды. Примечательно, что экспериментальные достижения потеряли национальную окраску: соревнуются не страны и институты, а коллаборации. Отрадно, что мы принимаем участие в этом процессе, жаль только, что нас не видно на завершающей стадии анализа данных и представления результатов.

Австралия - это очень далеко...

Хотелось бы поделиться некоторыми впечатлениями об Австралии. Там не только ходят кверху ногами по отношении к Европе, но это действительно очень далеко. Перелет занимает почти сутки с одной посадкой, разница по времени с Москвой - 6 часов. Там сейчас зима, температура в Мельбурне 10-13 градусов, с плюсом, конечно. Хотя на севере Австралии, что лежит между тропиком Козерога и экватором, настоящее жаркое лето.

Страна напомнила мне английскую провинцию, чем она по сути и является и сильно отличается от континентальной Европы. Жители дружелюбны и говорят на понятном и почти классическом английском с австралийским акцентом. За исключением центра большого города, страна одноэтажная, земли много, людей мало. Варят неплохой кофе, но вокруг сплошной фастфуд. Знаменитое австралийское мясо действительно существует в изобилии, бифштексы непомерных размеров. Страна прижата к океану, поэтому морепродуктов тоже хватает. Прекрасное австралийское вино продается в изобилии, господствующие сорта винограда пино нуар, шираз, шардонне, вионьер. На виноградниках неподалеку от Мельбурна вино охотно дают попробовать. Есть необычные сочетания, например, шираз (красный) и вионьер (белый) дают в комбинации очень ароматный напиток. Все виды шираз (сира) - великолепны. Отпугивают только цены. Вообще страна феноменально дорогая для иностранцев. Местные жители этого как-то не замечают, вероятно, все дело в переводном курсе, который не вполне адекватен и при делении на два соответствовал бы европейским ценам.

Нельзя не сказать о животном и растительном мире. Как известно, в Австралии много уникальных животных и растений. Всех их можно увидеть в национальных парках и иногда прямо в городах. Мы посетили парк, расположенный в кратере потухшего вулкана, и попали в "затерянный мир" Конан Дойла: огромные папоротники, лианы, хвойные деревья, мимозы, магнолии и другие незнакомые цветы и растения. Среди них пасутся семейства кенгуру, страусов эму, летают большие птицы, похожие на цапель, попугаи и другие незнакомые нам пичужки. Так и кажется, что сейчас из зарослей покажется динозавр. Очень забавны коалы, живущие на ветвях эвкалиптов. Они похожи на маленькие пушистые шарообразные комочки, примостившиеся в развилках ветвей, и почти все время спят. Но проснувшись, обнаруживают удивительную цепкость, передвигаясь по веткам и объедая листья. В городе в парках живут поссумы, которые с темнотой появляются на лужайках и попрошайничают.

Население Австралии расселено вдоль океана. Океан величественен и грандиозен. Пока мы там были, он и вправду был Тихим. Волны величаво накатывались на бесконечные безлюдные песчаные пляжи. Зима, холодно. Только серфингисты в гидрокостюмах пытались оседлать волну. Дух захватывает от ощущения пространства: до ближайшей суши - тысячи километров воды. На карте вдоль побережья отмечены места гибели кораблей с переселенцами 18-19-го веков. В Мельбурне есть музей эмиграции.

Совсем другое впечатление производят тропики. Там океан теплый и полон жизни. Есть акулы, но мы их, к счастью, не встретили. Зато любителям подводного плавания раздолье. Можно отправиться на катере к коралловым рифам. Большой барьерный риф, главная приманка для туристов, протянулся на тысячу километров. В прозрачной воде можно видеть многочисленных ярких рыб, моллюсков, морских звезд, черепах. С катера наблюдали огромную барракуду. На берегу пальмы, лианы, деревья, стоящие на корнях, как на ходулях, приспособившиеся к высоким приливам. В небольших реках и водоемах водятся крокодилы. К этим мерзким тварям лучше не приближаться, клацают зубами устрашающе. Здесь много морской еды, а свежие устрицы с охлажденным австралийским шардонне - великолепны и недороги.

...Путешествие закончилось, конференция объявлена закрытой и запомнится не только австралийской экзотикой и отсутствием банкета, но и первоклассными результатами, впервые прозвучавшими в Мельбурне. Следующая, 40-я Международная конференция по физике высоких энергий состоится в Валенсии в 2014 году. Как много нового к этому времени ждет нас впереди.

Дмитрий КАЗАКОВ,
Дубна-Мельбурн-Кернс-Мельбурн-Дубна,
фото автора