2012-07-26 13:08:34

Армянские физики внесли вклад в открытие бозона Хиггса!

Армянские физики внесли вклад в открытие бозона Хиггса!

Источник: http://arminfo.info
Дата: 25.07.12
Текст: Самвел Саргсян

На семинаре 4 июля в Европейском центре ядерных исследований (CERN) были оглашены результаты экспериментов по возможному открытию бозона Хиггса – крупнейшего открытия 21 века. В работах по открытию “частицы бога” участвовали также группы армянских физиков из Ереванского физического института (ныне - “Фонд Национальная научная лаборатория им. А.И.Алиханяна (Ереванский физический институт)”. О значении открытия, об экспериментах на Большом адронном коллайдере и о вкладе армянских физиков корреспонденту АрмИнфо рассказали директор Фонда ННЛА, профессор Ашот Чилингарян, член-корреспондент НАН РА, руководитель группы армянских ученых в эксперименте CMS (Compact Muon Solenoid) Альберт Сирунян и доктор физ.-мат. наук, участник эксперимента ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Грачья Акопян.

Ашот Чилингарян. Прошлый век – золотой век физики высоких энергий, когда в экспериментах с космическими лучами и на ускорителях были открыты элементарные частицы и изучены их свойства. Венцом этих открытий стала так называемая Стандартная модель, которая объясняет как устроена материя и как “началась” Вселенная.

Самое главное, что на основе Стандартной модели можно делать очень точные расчеты ожидаемых параметров частиц и их взаимодействий для сравнения с экспериментальными и наблюдательными результатами.  И множество экспериментов в физике и астрофизике высоких энергий подтвердили стандартную модель. Однако, конечно, не все явления нашли объяснение: в рамках стандартной модели не интегрирована гравитация; нет объяснения массы нейтрино, “темной” материи. Еще одной загадкой является очень большой разброс масс кварков и лептонов, различающихся в сотни и тысячи раз, несмотря на одинаковые свойства. В ранней Вселенной частицы были поначалу безмассовы, но на каком-то этапе ее “создания” симметричная картина взаимодействий частиц самопроизвольно нарушилась, и частицы приобрели массу. Для описания нарушения этой симметрии было предложено особое поле с ненулевым состоянием вакуума, оно получило название Хиггсовское поле в честь британского физика Питера Хиггса (Peter Ware Higgs), который  в 1964 году предложил это объяснение. Переносчиком Хигсовкого взаимодействия является одноименной бозон  (Higgs boson), открытие которого является главной целью экспериментов на Большом адронном коллайдере  (БАК – LHC – Large  Hadron Collider) Европейского центра ядерных исследований (CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) в Швейцарии.

Подготовка к строительству БАК, самого большого ускорителя в мире, началась 20 лет назад. Задачей экспериментов на БАК является прорыв в область “новой физики”, в том числе открытие бозона Хиггса. Эксперименты по обнаружению бозона Хигса проводились и в США, но они оказались безуспешными, не хватило энергии и светимости пучков: чем с большей энергией сталкиваешь элементарные частицы, тем больше шансов понять, что там скрывается внутри, а энергия столкновений в БАК беспрецендентно велика. Чем больше частиц участвует в столкновении, тем больше светимость пучков и тем больше вероятность рождения новых частиц.

Группы ученых Ереванского физического института (ЕрФИ) участвовали в создании детекторов БАК с начала 90-ых. В экспериментах CMS и ATLAS, в которых работали армянские физики, и были получены экспериментальные подтверждения новой частицы похожей на столь долго ожидаемый бозон Хиггса.

Отмечу, что наряду с нашими ветеранами, 20 лет участвующими в экспериментах, также и молодые армянские ученые являются соавторами открытия бозона Хиггса и многих других интересных результатов. И хотя в списках соавторов насчитываются десятки тысяч фамилий, каждый армянский ученый и молодой специалист – участник экспериментов – внес свой особый вклад в получение результата. Тому подтвеждение диссертации молодых ученых на основе материлов работы БАК, которые каждый год защищаются в ЕрФИ.

Добавлю также, что Правительство РА два года назад начало выделять средства для того, чтобы группы армянских ученых могли участвовать в экспериментах и не зависели от грантов, выделяемых иностранными или международными организациями. И общий успех работы по поиску бозона Хигса стал свидетельством того, что выделенные правительством средства были потрачены не впустую.

Альберт Сирунян. Проведенные эксперименты, естественно, являлись экспериментами международного масштаба, поскольку были связаны с большими расходами, которые ни одна страна в одиночку не могла себе позволить. 

Членами CERN являются 20 стран. Понятно, что Армения не может быть отдельным участником исследований, поскольку это связано с большими затратами. Но с 1994 года, согласно подписанному с Правительством РА договору, армянским физикам и инженерам предоставлена возможность участия в научных экспериментах, которые осуществляются на ускорителях CERN. Начиная с 1995 года армянские ученые начали участвовать в создании оборудования для БАК-а. Кроме экспериментов на детекторах  CMS и ATLAS, осуществлялся эксперимент на детекторе ALICE (A Large Ion Collider Experiment), который применяется для изучения физики тяжелых ионов и нового состояния вещества (кварк-глюонной плазмы). Начало создания оборудования армянскими физиками для детекторов совпало с тяжелыми для Армении временами, когда электроэнергия подавалась несколько часов в сутки, а на науку тратились мизерные средства. Но армянские физики смогли найти разные пути финансирования, в частности, гранты, и участвовать в создании этих мощнейших детекторов, каждый из которых стоит до 500 млн швейцарских франков.

В сентябре 2008 года на БАК были запущены первые пучки элементарных частиц, а в 2010-11 гг. были получены первые экспериментальные результаты.

До экспериментов по открытию бозона Хигса в CERN, в США такие эксперименты проводились на ускорителе “Tэватрон”, имеющего в свое время самую высокую энергию. Но американская программа закрылась, и вся надежда на открытие этой частицы осталась на БАК.

Я участвовал на семинаре 4 июля в CERN, в рамках которого были оглашены результаты по открытию бозона Хигса как по эксперименту CMS, так и ATLAS. Специально было проведено два независимых эксперимента на достижение одного и того же результата с тем, чтобы конечный результат имел наибольшую достоверность. При этом, используемые в CMS и ATLAS детекторы значительно отличаются друг от друга, и если на разном оборудовании получается тождественный результат, то значит, что он близок к реальному.

Бозон Хиггса имеет возможность распада по пяти независимым каналам. Каналы различаются по вероятности детекции этой частицы в них. В двух каналах наблюдался распад бозона Хиггса на два фотона. В одном из каналов наблюдался распад на 2-Z-бозона. В действительности, это – 4-хчастичное конечное состояние, а эти 4 частицы – лептоны.

В результате эксперимента должно было подтвердиться существование вышеназванных фотонов в качестве скалярных частиц – бозонов. Для подтверждения результатов, полученных по второму каналу распада нужен более обширный статистический материал.

В физике высоких энергий частица считается открытой, если статистическая значимость пика больше 5 стандартных отклонений (5-сигм). Комбинированная (средняя) статистика по двум каналам по эксперименту CMS была равна 4,9-сигмам, а по ATLAS – 5-сигмам. Из этого можно заключить, и об этом было сообщено на вышеназванном семинаре 4 июля, что найдено такое состояние частицы (с массой (энергией) 125.3 ± 0.6 гигаэлектронвольт), которое очень похоже на бозон Хиггса.

Понятно, что для получения более достоверных результатов необходимо расширить базу статистических данных. С этой целью  с директором  CERN Рольфом-Дитером Хойером (Rolf-Dieter Heuer) достигнута договоренность о том, что БАК не будет остановлен в конце текущего года, а будет эксплуатироваться еще 3 месяца для продолжения экспериментов.

Грачья Акопян. Лишь для того, чтобы закрепить сказанное Альбертом Сируняном, отмечу, что Армения с 1993 года участвует в проекте БАК в качестве создателя технического оборудования, компонентов, детекторов. Фактически, такого участия в БАК не имеет ни одна из стран региона, а среди стран СНГ в проекте участвует лишь Россия, Украина и Беларусь. В итоге, армянские физики были заняты на всех  этапах создания и становления БАК от приборостроения, экспериментальных исследований выполненных работ, изучения параметров детекторов и оборудования  до их окончательной сборки, наладки и пуска. Кроме этого, армянские физики осуществляют контроль за всем этим оборудованием, неся соответствующее дежурство. Кроме того, мы удаленно – с Еревана следим за качеством измерений, для обработки данных используя “Грид” – “облачную” компьютерную систему.

Альберт Сирунян. Если рассматривать вопрос о пользе, которую извлекала Армения от участия в работах по созданию БАК и в экспериментах по открытию бозона Хиггса, то следует выделить два аспекта. Во-первых, это – исключительная возможность подготовки молодых специалистов в CERN, чему способствовала программа государственной поддержки. Следует учитывать тот факт, что мы имеем сильные традиции в физике высоких энергий: в ЕРФИ действовал электронный ускоритель, армянские физики всегда были на переднем плане в сфере изучения электромагнитных взаимодействий высоких энергий. И на сегодняшний день эти традиции продолжаются, несмотря на то, что мы не имеем возможности использования  нашего устаревшего ускорителя, зато широко используются технические возможности зарубежных центров изучения физики высоких энергий. Это – не только CERN, но и Лаборатория Джефферсона в США,  центр DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) в Германии. И благодаря участию в программах этих центров мы высоко держим планку репутации Ереванского физического института и сохраняем возможности развития физики высоких энергий в Армении.

Во-вторых, участие в строительстве БАК позволило привезти в Армению новые технологии. Например, на заводе “Марс” была применена новая технология производства специальных керамических подложек (плат) для детекторов БАК. Был объявлен тендер на производство этих подложек с участием компаний из нескольких стран,  и “Марс” выиграл его. В итоге, на этом заводе было произведено и поставлено в CERN 5 тыс. керамических подложек для сооружения детекторов в БАК.

В качестве заключения хотелось бы сообщить, что ЕрФИ планирует в 2013 году в Армении (предположительно, в  цетре международных конференций “Нор Амберд” на склонах горы Арагац) организовать представительную научную конференцию, на которой  будут представлены новейшие результаты экспериментов CERN по открытию бозона Хиггса.