Теоретики обсуждают последние данные LHC по хиггсовскому бозону

Пример того, как масса хиггсовского бозона может закрывать или ограничивать теоретические модели. Разноцветный многоугольник показывает область параметров одной конкретной модели Великого объединения. Красные линии отвечают разным значениям массы хиггсовского бозона. Видно, что подавляющая часть этой области «предпочитает» массу бозона от 119 до 124 ГэВ. Изображение из статьи arXiv:1112.3024

Две недели назад на специальном семинаре в ЦЕРНе были обнародованы новые результаты поиска хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Два основных детектора на LHC независимо друг от друга «увидели» некоторое превышение данных, которое выглядело очень похоже на проявление хиггсовского бозона с массой около 125 ГэВ. Экспериментаторы в своих заявлениях были очень осторожны: статистическая значимость эффекта невелика, и ни о каком настоящем открытии речи пока не идет. Однако для многих физиков-теоретиков это сообщение стало поводом повнимательней присмотреться к свойствам (возможного) бозона Хиггса с такой массой — ведь до этого не было вообще никаких существенных намеков на то, какова его масса. Неудивительно, что за прошедшие две недели в архиве е-принтов появилось уже свыше десятка статей на эту тему.

Напомним, что основная научная задача Большого адронного коллайдера — это найти отклонения от Стандартной модели и через них открыть «Новую физику», которая описывает наш мир на еще более глубинном уровне. Поэтому, когда физики ищут бозон Хиггса, их главная цель — не бозон сам по себе, а всё то новое, что можно узнать об этом глубинном пласте реальности с помощью бозона Хиггса. В разных теориях, приходящих на смену Стандартной модели, хиггсовские бозоны обладают самыми разными свойствами, и задача эксперимента — выяснить, какая из этих моделей лучше всего описывает реальные данные. Поэтому открытие хиггсовского бозона будет не столько последним шагом в построении Стандартной модели, сколько первым шагом в открытии Новой физики.

Вполне естественно, что главный вопрос, который обсуждается во многих статьях, — можно ли уже сейчас, на основании очень предварительных данных LHC, выяснить, насколько нестандартным должен быть хиггсовский бозон с массой около 125 ГэВ (при условии, конечно, что это действительно он). Например, в целом ряде статей проверяется насколько эти данные вписываются в модели суперсимметрии. Общий вывод таков: это не самый «удобный», но в принципе допустимый диапазон масс для легчайшего бозона Хиггса в суперсимметричных теориях. Кроме того, есть некоторые трудности с описанием распада бозона на два фотона. При определенной подгонке параметров эти данные можно описать и минимальной суперсимметричной моделью (arXiv:1112.3028, arXiv:1112.3068, arXiv:1112.3336), однако еще лучше всё сходится в расширенных версиях суперсимметричных теорий (arXiv:1112.2703, arXiv:1112.3548).

Можно также не привязываться к суперсимметрии, а рассмотреть разнообразные неминимальные варианты хиггсовского механизма. Анализ для случая двухдублетной хиггсовской модели был проведен в статьях arXiv:1112.3277], arXiv:1112.3961, arXiv:1112.5527. Общий вывод: данные можно описать и этой моделью, а в будущем стоит обратить пристальное внимание на распад хиггсовского бозона на тау-лептоны.

Еще одна возможность косвенно «увидеть» Новую физику вытекает из стабильности самого хиггсовского поля. Если бы хиггсовский бозон оказался слишком тяжелым или, наоборот, слишком легким, то хиггсовский вакуум Стандартной модели стал бы нестабильным при росте энергии. Это означает, что на каком-то масштабе энергии гарантированно есть Новая физика, предотвращающая распад вакуума. Однако диапазон масс 124–126 ГэВ как раз отвечает более-менее стабильному хиггсовскому вакууму (arXiv:1112.3022 []), поэтому никакой гарантированной Новой физики отсюда извлечь пока нельзя.

Наконец, есть работы, в которых данные LHC обсуждаются и в более экзотических ситуациях (например, в контексте многомерных теорий гравитации, arXiv:1112.4146, arXiv:1112.5099), но в этих рассуждениях роль экспериментальных данных пока невелика.