Более трех лет работает Большой адронный коллайдер

Заканчивается первый цикл работы ускорителя 
Большой адронный коллайдер (LHC). Более двадцати лет шла подготовка 
проекта, разрабатывались и создавались уникальные по своим характеристикам 
установки для детектирования частиц. Позади драматичный период 
запуска коллайдера, первые результаты измерений. 
Более трех лет работал LHC и детекторы ATLAS, CMS, ALICE, LHCb* 
на пересечениях пучков ускоренных частиц, 
экспериментаторы собирали информацию о том, что происходит 
при самых больших энергиях взаимодействий частиц, созданных учеными. 
Открытия не заставили себя ждать. 
Обнаружены новые частицы и физические явления. 
 Получены подтверждения предсказаний Стандартной модели, 
объединяющей совокупность современных представлений 
об элементарных частицах и их взаимодействиях.
*См.: Л. Смирнова. Мегапроект XXI века. — Наука в России, 2009, 
№ 5; Л. Смирнова. Старт Большого адронного коллайдера. — 
Наука в России, 2010, № 5 (
прим. ред
.).

---

32
легких лептона. Это могут быть четыре электрона, 
четыре мюона или две разные пары: одна из электро-
нов, другая из мюонов, а также пары лептонов с уча-
стием нейтрино.
ОБ ОТКРЫТИИ БОЗОНА ХИГГСА
В XX в. физикам удалось глубоко проникнуть в 
природу материи. Сначала в космических лучах, 
потом на ускорителях элементарных частиц наблю-
дали большое количество частиц, выяснили законы 
их образования и распада. Все наблюдаемые процес-
сы в настоящее время описываются с помощью 
Стандартной модели, основанной на квантовой тео-
рии поля. Элементарными частицами в модели явля-
ются кварки и лептоны, из которых построен мате-
риальный мир. Взаимодействуют они между собой 
путем обмена глюонами, векторными бозонами. 
Массы всех этих частиц очень сильно различаются. 
Однако Стандартная модель не может объяснить, 
как возникают массы элементарных частиц и почему 
они так различаются.
В 1964 г. английский физик-теоретик Питер Хиггс 
опубликовал работу, в которой предложил простей-
ший механизм для формирования масс частиц. 
Именно он предположил существование нового 
квантового поля, которому должна соответствовать 
частица с нулевым электрическим зарядом и спином. 
Эту гипотетическую частицу назвали бозоном* Хиг-
гса. О ее массе ничего не было известно. Начиная с 
1970-х годов учеными были открыты три тяжелых 
кварка** (с, b и t), векторные бозоны со спином, рав-
ным единице, и с электрическими зарядами, равны-
ми +1 и -1 (W+, W- ) и нулевым зарядом (Z 0). Одна-
ко частицы, которую можно было бы отождествить с 
бозоном Хиггса, найти не удавалось. Физики предло-
жили другие модели для объяснения масс частиц, но 
ответ о справедливости той или иной модели мог дать 
только эксперимент. Обнаружить бозон Хиггса или 
установить его отсутствие стало основной задачей 
Большого адронного коллайдера.
Более двадцати лет ученые-физики 40 стран мира, 
в том числе российские, создавали ускоритель и 
детекторы, регистрирующие столкновения прото-
нов и ядер. К их числу принадлежит и автор статьи, 
много лет возглавляющий группу Научно-исследо-
вательского института ядерной физики МГУ в 
эксперименте ATLAS. Трудно передать волнение и 
радость момента, когда коллайдер начал ускорять 
частицы и были получены первые данные. Огром-
ное количество новых измерений, выполненных к 
настоящему времени в экспериментах ATLAS, CMS, 
ALICE и LHCb, уже вывели физику элементарных 
частиц на новый уровень. Открытие частицы, соот-
ветствующей бозону Хиггса Стандартной модели, 
является триумфом в познании физической реаль-
ности мира.
Два крупнейших эксперимента ATLAS и CMS 
одновременно заявили об открытии новой частицы. 
Разные по своей конфигурации детекторные уста-
новки, использующие различные методики наблюде-
ния, разные коллективы физиков, анализирующих 
полученную информацию, привели к согласному 
результату. Для этого пришлось объединить все дан-
ные, полученные экспериментами в 2011г. и вплоть 
до июня 2012 г. Открытие состоялось! Для ученых 
очень важно, что экспериментально закрыта возмож-
ность существования в Стандартной модели бозона 
Хиггса с другой массой в очень широком диапазоне 
значений — вплоть до 600 ГэВ.
Однако на вопросы, которые еще предстоит выя-
снить о природе и свойствах новой частицы, вряд ли 
удастся ответить сразу. Необходимо определить все 
возможные типы ее распада, проверить согласован-
ность теоретических предсказаний с учетом свойств 
найденной частицы. Предстоит собрать значительно 
большее количество новой информации. Таким обра-
зом, впереди долгий путь поиска истины, но состояв-
шееся открытие придает силы и уверенность в пра-
вильности выбранного пути исследования.