Десять лет назад на Большом адронном коллайдере был открыт бозон Хиггса — и с этого события можно отсчитывать начало новой эры исследований элементарных частиц. 4 июля ЦЕРН отметит первое десятилетие хиггсовского бозона специальным симпозиумом, а уже на следующий день на Большом адронном коллайдере стартует научная программа нового сеанса работы Run 3. В этом обзоре мы кратко напомним, что за частица хиггсовский бозон, зачем физики его так пристально изучают, что про него уже известно к настоящему моменту и как будет дальше развиваться физика хиггсовского бозона.
В исследованиях микромира главной движущей силой, как правило, выступает эксперимент. Исследователи открывают новые частицы и удивительные явления субатомного мира, а теоретики пытаются их описать. Но иногда прорыв совершается и в обратной последовательности: теоретики выдвигают идею, которая позволяет взглянуть на микромир под совершенно иным углом зрения, рассчитывают последствия и предсказывают возможные открытия, — и уже экспериментаторы идут следом, пытаясь подтвердить или опровергнуть эти догадки. В одних случаях это удается сделать за считаные месяцы, в других — вердикта приходится ожидать годами.
В случае бозона Хиггса ожидание затянулось почти на полвека.
Чисто теоретические исследования в квантовой теории поля в начале 1960-х годов привели к тому, что в 1964 году три группы исследователей — Роберт Браут и Франсуа Энглер в Бельгии, Питер Хиггс в Великобритании, Геральд Гуральник (Gerald Guralnik), Карл Хаген (Carl Hagen) и Томас Киббл в США — независимо друг от друга сформулировали теорию, которую впоследствии назвали механизмом Браута — Энглера — Хиггса, или, еще короче, хиггсовским механизмом. Идея была новой, нетривиальной, и развивалась она коллективно, через опирающиеся друг на друга статьи многих физиков-теоретиков. Перипетии тех лет были подробно описаны в новости Нобелевская премия по физике — 2013 («Элементы», 10.10.2013), и там же можно найти ссылки на воспоминания непосредственных участников этого коллективного теоретического открытия.
Любопытно, что поначалу никто не предполагал, что хиггсовский механизм вообще имеет отношение к слабому взаимодействию. Лишь в 1970-х годах, в процессе создания общей теории слабого и электромагнитного взаимодействия, стало ясно, что именно хиггсовский механизм способен соединить концы с концами, скрепить теоретические догадки в единую, замкнутую теорию — Стандартную модель. И именно с этого момента начались поиски хиггсовского бозона — частицы-отголоска хиггсовского механизма.
К сожалению, Стандартная модель не предсказывала массу бозона Хиггса; это был последний неизвестный параметр в остальном завершенной теории. Бозон Хиггса искали на коллайдерах в 1980-х годах, в 1990-х годах, в новом тысячелетии. В конце 2000-х американский коллайдер Тэватрон вплотную подошел к тому, чтобы начать чувствовать бозон Хиггса, но до открытия он не дотянулся — не хватило статистики (Тэватрон скоро начнет «чувствовать» хиггсовский бозон, «Элементы», 19.05.2008). В 2010 году в игру вступил Большой адронный коллайдер (LHC), и, набирая данные всё нарастающими темпами, он быстро обогнал Тэватрон по чувствительности. В конце 2011 года появились первые намеки на новую частицу (ЦЕРН сообщает о первых намеках на обнаружение хиггсовского бозона, «Элементы», 13.12.2011). 4 июля 2012 года, на специальном семинаре в ЦЕРНе, представители двух крупнейших экспериментальных групп ATLAS и CMS сообщили о результатах анализа данных, которые позволили им, независимо друг от друга, объявить об открытии новой частицы с массой 125 ГэВ. По всем параметрам эта частица напоминала хиггсовский бозон Стандартной модели. Подробности о том памятном открытии можно прочитать в новости Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее («Элементы», 16.07.2012), а хронологию поисков можно проследить на странице Поиск бозона Хиггса: результаты.
Год спустя Франсуа Энглеру и Питеру Хиггсу была присуждена Нобелевская премия по физике за предложенный ими в 1964 году теоретический механизм, ставший краеугольным камнем Стандартной модели и подтвердившийся 48 лет спустя. Как известно, Нобелевская премия вручается не более чем трем лауреатам, и пустующее место третьего лауреата было, несомненно, данью Роберту Брауту, который, к сожалению, не дожил до этой даты.
Краткую справку о том, что такое хиггсовский бозон и зачем физики его изучают, можно найти всё в той же новости Нобелевская премия по физике — 2013 и в инфографике на рис. 3. Вкратце, бозон Хиггса сам по себе — частица эфемерная, нестабильная; если его породить в столкновениях других частиц, он тут же распадется за крошечную долю секунды. Но сам этот процесс рождения и распада способен раскрыть перед физиками тайны мироздания. Ведь бозон Хиггса — это «материальная память» нашего мира о хиггсовском механизме, важнейшем процессе, благодаря которому фундаментальные частицы приобрели массу. Физики хотят изучить хиггсовский механизм, и сделать это они могут только через измерения свойств хиггсовского бозона.
Именно поэтому на поиски бозона Хиггса было потрачено столько сил. И именно поэтому открытие бозона на LHC ознаменовало собой вовсе не конец, а начало эры хиггсовских исследований. За десять лет, прошедших с момента открытия, работа по изучению хиггсовского сектора нашего мира превратилась в широчайшее, богатое на возможности поле исследований — и эта интенсивная работа будет продолжаться и дальше.
Что касается самой памятной даты, то уже сейчас запущен сайт Higgs10, на котором можно найти информацию об ожидаемых мероприятиях как в ЦЕРНе, так и на других площадках. Центральным событием станет симпозиум, который пройдет в ЦЕРНе 4 июля. Утренние доклады, адаптированные для широкой публики, напомнят исторический контекст события. Непосредственные участники открытия расскажут о том, как создавался Большой адронный коллайдер и как строились детекторы, которые и позволили совершить это долгожданное открытие. За ними последуют краткие обзорные доклады о том, что нового за прошедшие 10 лет физики узнали о бозоне Хиггса и, более широко, о хиггсовском механизме, без которого наш мир в том виде, в котором мы его знаем, был бы просто немыслим. Послеобеденная программа содержит обзорные, но чуть более технические доклады о разных аспектах хиггсовской физики. Все презентации будут находиться в свободном доступе, а за самими докладами можно будет следить через онлайн-трансляцию на сайте ЦЕРНа.
Наверняка в эти дни появятся и многочисленные научные и научно-популярные статьи по хиггсовской физике, да и сами физики будут делиться личными впечатлениями в блогах. Начало этому уже положено: при поддержке портала interactions.org запущена новая реинкарнация популярной когда-то платформы научных блогов Quantum Diaries 2022. Наконец, сам ЦЕРН подготовил целую серию информационных подборок для журналистов и популяризаторов науки, желающих осветить юбилей открытия бозона Хиггса и работу Большого адронного коллайдера.
Хиггсовский бозон интересен ученым не столько сам по себе, сколько как инструмент познания мира. Он позволяет физикам «прощупать» совершенно особую, недоступную ранее часть глубинного устройства мироздания — хиггсовский сектор. Хиггсовский механизм нужен Стандартной модели для того, чтобы обеспечить фундаментальные частицы массой; ничего сверх этого Стандартная модель от него не требует. Но никто не знает, довольствуется ли Вселенная таким простым решением. Может статься, что в нашем мире реализовалась какая-то более тонкая, более богатая версия этого явления. Может даже оказаться, что она связана с загадками Стандартной модели, на которые мы пока не знаем ответа. Если это в самом деле так, физики рассчитывают найти в экспериментах на коллайдере дополнительные бозоны Хиггса — и это позволит им выйти на новый уровень в понимании микромира, уровень более глубокий, чем Стандартная модель.
Открытие новых бозонов Хиггса, конечно, стало бы шикарным подарком природы. Но вот что любопытно: даже без подобного подвига, без прямого обнаружения дополнительных хиггсовских бозонов, экспериментаторы всё равно имеют шанс выяснить, какой хиггсовский механизм заложен в устройстве Вселенной — минимальный или нет. Для этого им нужно с высокой точностью измерить связь нашего «родного», уже открытого бозона с остальными частицами, а также с самим собой. Ведь Стандартная модель — законченная теория, она не допускает никаких подстроек и совершенно однозначно предсказывает интенсивность взаимодействия бозона Хиггса с каждой из известных частиц. Эту связь можно проверить экспериментально, если с высокой точностью измерить вероятности различных вариантов рождения и распада бозона (рис. 4). И если хоть в одном процессе обнаружится существенное отклонение от предсказаний Стандартной модели — всё, Новая физика найдена.
В 2011–2012 годах, в ходе коллайдерного сеанса Run 1, перед физиками стояла единственная, по сути, задача: обнаружить бозон Хиггса, попутно измерив его массу и выяснив, на какие частицы он способен распадаться. С этой задачей физики из экспериментов ATLAS и CMS успешно справились, с фанфарами объявив 4 июля 2012 года об открытии бозона. В тех данных хиггсовский бозон проявился сразу в двух наиболее удобных для изучения каналах распада — на два фотона и на два Z-бозона, которые тут же превращались в четыре лептона. Тот факт, что в обоих процессах отклонение наблюдалось при одинаковой массе, подтверждал, что перед нами проявления одной частицы.
Открытие новой частицы на пороге статистической значимости, как правило, не позволяет проводить тонкие измерения и делать далеко идущие выводы. Но в ранней истории хиггсовского бозона эта самая статистика успела пощекотать физикам нервы — и не раз.
Во-первых, измерения показали, что хиггсовский бозон распадается на фотоны чуть ли не вдвое чаще, чем предсказывала Стандартная модель. Это превышение вызвало восторг теоретиков, поскольку намекало на Новую физику — либо в виде нестандартного взаимодействия бозона Хиггса, либо в форме новых промежуточных частиц, которые ускоряли распад. Во-вторых, два канала распада — на два фотона и на четыре лептона — показали хоть и близкие, но не идентичные массы новой частицы. Закрадывалось подозрение, что физики обнаружили не один, а сразу два бозона Хиггса с различающимися массами и совершенно разными предпочтениями по распаду. Опять же, раздолье для теоретиков, предлагающих многохиггсовские модели.
Однако по мере того, как шел набор и анализ данных, обе эти аномалии постепенно уменьшались и спустя пару лет сошли на нет. Развитие ситуации можно проследить в наших новостях конца 2012 года, весны 2013 года, середины 2014 года, осени 2014 года, весны 2015 года.
Хотя сеанс Run 1 завершился в 2012 году, анализ накопленных данных продолжался еще несколько лет, да и сами методики поиска сигнала в большом массиве данных совершенствовались. К концу 2013 года было установлено, что бозон Хиггса способен распадаться на фермионы (частицы материи), а не только на бозоны (переносчики взаимодействий) (Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность, «Элементы», 09.12.2013). Однако вероятность этого распада в пределах погрешностей совпадала с предсказаниями СМ. 2015 год подарил физикам новую надежду: в данных коллайдера обнаружились намеки на распад H→μτ, невозможный в Стандартной модели. Одновременно с этим начали вырисовываться подозрения, что и топ-кварк — самая тяжелая из известных частиц — взаимодействует с бозоном Хиггса сильнее, чем предписано СМ. Эти отклонения поначалу вызвали новую волну теоретических публикаций (см. инфографику на рис. 3 в обзорной новости Физика элементарных частиц в 2017 году, «Элементы», 26.12.2017). Однако оптимизм поутих пару лет спустя, когда результаты нового сеанса работы коллайдера не подтвердили оба этих эффекта. Увы, статистические флуктуации на пороге чувствительности в очередной раз сыграли с физиками злую шутку. Хронологию развития и завершения этих сюжетов можно проследить на страницах с «Загадками коллайдера» (распад на мюон и тау-лептон и связь с топ-кварком). Сводку результатов по изучению бозона Хиггса по состоянию на 2015 год можно найти на нашей тематической странице.
Cеанс Run 1 представлял собой, если можно так сказать, конфетно-букетный период знакомства физиков с хиггсовским бозоном. В ходе второго сеанса работы коллайдера восторги сменились деловым, методичным исследованием всех параметров открытой частицы. Коллайдер начал чувствовать все основные процессы рождения бозона Хиггса в протонных столкновениях и его распада. Каждый их этих процессов позволял протестировать связь бозона с другими частицами и тем самым добавлял новые штрихи к его портрету.
К середине 2018 года все процессы, отмеченные на рис. 4, были официально открыты и, в пределах погрешностей, не противоречили предсказаниям Стандартной модели. Следует подчеркнуть, что работа над «портретом бозона» вовсе не сводилась к банальному накоплению данных. Физики модернизировали детекторы, совершенствовали алгоритмы отбора и анализа данных, находили новые возможности там, где, как казалось раньше, ловить было нечего. Так, в 2017 году коллайдер начал чувствовать распад бозона Хиггса на b-кварки — процесс, который считался бесперспективным на момент запуска LHC.
Эволюция ситуации с бозоном Хиггса вызывала у физиков двоякие чувства. С одной стороны, здорово, что коллайдер исправно работает, накапливает статистику ударными темпами и выдает надежные результаты, подтверждаемые перекрестными проверками. Безо всяких оговорок, это повод для гордости для более чем десятка тысяч физиков и техников, построивших коллайдер и работающих над анализом его данных. Но с другой стороны, вырисовывающаяся картина природы несколько удручает: ведь эта новая грань мироздания тоже выглядит совершенно стандартной. И хотя время от времени появляются намеки на новые частицы (например, некоторая аномалия при массе 95 ГэВ в 2018 году, недавний намек на заряженный бозон Хиггса при 130 ГэВ, отклонение в районе 1 ТэВ, обнаруженное буквально пару недель назад), никаких статистически достоверных указаний на новые явления в хиггсовском секторе пока не видно.
С третьей стороны, такая ситуация ни в коей мере не стала для физиков сюрпризом. Строя коллайдер, они, конечно, надеялись на открытие чего-то принципиально нового, неведомого, но при этом они и осознавали, что никаких гарантий громких открытий нет. Многие физики были готовы к пессимистичному сценарию, при котором коллайдер обнаруживает один-единственный бозон Хиггса, причем с совершенно стандартными свойствами. Однако этот сценарий вовсе не доказывает, что хиггсовский механизм нашего мира действительно минимальный. Дело в том, что ровно такой же сценарий возникает и в сложных вариантах хиггсовского сектора. В них присутствует несколько бозонов Хиггса, один из которых оказывается очень похожим на стандартный, а все остальные либо очень тяжелы, либо слишком слабо взаимодействуют с другими частицами. Именно поэтому новые частицы вполне могут существовать, но их будет очень трудно заметить на коллайдере (рис. 5).
По мере того как, по данным сеанса Run 2, свойства бозона Хиггса всё больше и больше напоминали стандартные, становилось понятно, что на экзотические открытия рассчитывать не приходится. Новую физику в хиггсовском секторе придется «выцарапывать» у природы через максимально точные измерения всех доступных характеристик бозона Хиггса. И поэтому надо быть готовым к долгой и кропотливой работе.
Открытие бозона Хиггса 10 лет назад стало началом «хиггсовской эры» в физике частиц. Количество научных статей по физике хиггсовского бозона, опубликованных экспериментальными коллективами CMS и ATLAS за это десятилетие, исчисляется уже сотнями. Разбивку хиггсовских результатов по процессам и величинам можно найти на страницах коллабораций: ATLAS Higgs physics results и CMS Higgs physics results. Пройдемся по ключевым направлениям исследований, стараясь не потонуть в деталях.
Взаимодействие с тяжелыми бозонами. Связь бозона Хиггса с частицами-переносчикам слабого взаимодействия, W- и Z-бозонами, измерена с точностью 10% и согласуется со Стандартной моделью (arXiv:2004.03447, arXiv:2206.09466). Недавно (arXiv:2205.06667) было также открыто и четверное взаимодействие: два бозона Хиггса и два W-бозона (либо Z-бозона). Это лишний раз подтверждает, что открытая десять лет назад частица — действительно хиггсовский бозон, «отголосок» хиггсовского механизма, а не какая-то посторонняя частица.
Взаимодействие с фотонами. Вероятность распада на два фотона измерена с точностью 9% (arXiv:2103.06956) и согласуется со Стандартной моделью. Этот распад чувствителен к гипотетическим тяжелым заряженным частицам, и тот факт, что измерения не расходятся с предсказаниями СМ, накладывает ограничение на все модели Новой физики, содержащие новые заряженные частицы.
Бозон Хиггса может также распадаться несимметричным способом — на Z-бозон и фотон. Предсказанная СМ вероятность распада H→Zγ еще меньше, чем распада на два фотона, — всего 0,15%. Однако в неминимальных моделях она может оказаться иной. Коллаборации ATLAS и CMS пока не сообщили о надежной регистрации этого распада, но вплотную приблизились к этому. Обе группы видят небольшой избыток событий на уровне около 2σ и сообщают, что вероятность этого распада превышает предсказания СМ не более чем в 4 раза (arXiv:2005.05382, arXiv:2204.12945). В ходе следующего сеанса работы коллайдера Run 3 этот распад должен быть открыт.
Взаимодействие с фермионами. Связь бозона Хиггса с фермионами третьего поколения (топ-кварки, b-кварки, тау-лептоны) измерена с точностью 10–30% (рис. 6); отличий от СМ не обнаружено. Это, однако, вовсе не значит, что взаимодействие бозона с более легкими фермионами из второго или первого поколений будет столь же стандартным. Существуют теоретические модели, в которых отличие от предсказаний СМ появляется как раз для легких фермионов. А значит, измерение вероятности распада бозона Хиггса на мюон и антимюон или на c-кварк-антикварковую пару даст принципиально новую информацию об устройстве хиггсовского сектора.
Распад на c-кварк-антикварковую пару пока не зарегистрирован, поскольку на адронных коллайдерах его проявление очень трудно отличить от фоновых процессов. Текущие ограничения сверху (arXiv:2201.11428, arXiv:2205.05550) не слишком впечатляют: распад был бы заметен в нынешних данных, только если бы он протекал в десятки раз более интенсивно, чем в СМ. Физикам потребуется не только существенно увеличить статистику, но и серьезно поработать над алгоритмами отбора событий, чтобы начать чувствовать этот распад.
Экзотические взаимодействия с фермионами. Стандартная модель не только утверждает, что бозон Хиггса должен взаимодействовать с фермионами, но и совершенно однозначно предсказывает, как именно. Однако можно представить себе процессы, которые запрещены в СМ, но вполне могут встречаться в более сложных теориях. Это, например, распады бозона на фермионы разного типа (наподобие H→μτ, упомянутого выше), а также нарушение CP-симметрии в реакциях с участием бозона Хиггса. Экспериментаторы проверили все экзотические эффекты, до которых смогли дотянуться в имеющихся данных, и пока не нашли ничего необычного.
Невидимый распад. Хиггсовский бозон может также распадаться на частицы, которые не оставят в детекторе никакого следа. Такой невидимый распад в Стандартной модели возможен (в роли неуловимых частиц выступают нейтрино), но вероятность его очень мала, около одной тысячной. Однако в теориях за пределами СМ бозон Хиггса вполне может распадаться и на частицы темной материи, которые отловить еще труднее, чем нейтрино. Поскольку это уже не Стандартная модель, нельзя заранее предсказать, какой будет эта вероятность. В частности, нельзя исключить, что она окажется существенной. Поэтому очень полезно будет проверить, распадается ли реальный бозон Хиггса по такому невидимому каналу, и если да, то с какой вероятностью. (Хочется упомянуть курьезный факт, что в начале 2000-х некоторые физики высказывали опасение, что как раз невидимый распад на частицы темной материи будет доминирующим, из-за чего бозон Хиггса вообще не удастся отловить на LHC. К счастью или к сожалению, но эти опасения не подтвердились.)
Казалось бы, увидеть невидимое — безнадежное дело. Но коллайдер способен и на такой подвиг. Для этого достаточно отследить поперечные импульсы всех зарегистрированных детектором частиц и проверить, дают ли они в сумме ноль. Если суммарно обнаружится большой нескомпенсированный поперечный импульс, он станет указанием на рождение и невидимый распад какой-то частицы. Именно так экспериментаторы ищут, среди прочего, и следы невидимого распада бозона Хиггса. Пока что такой распад не обнаружен, но установлено ограничение сверху на его вероятность: не более десятка процентов (примеры поисков см. в статьях arXiv:2202.07953 и arXiv:2201.11585).
Ширина бозона Хиггса. Время жизни бозона Хиггса — или, в энергетических единицах, так называемая ширина распада — дает физикам еще одну возможность проверить, насколько бозон Хиггса согласуется со Стандартной моделью. Ширина распада бозона Хиггса в СМ составляет всего 4 МэВ, что в сотню раз меньше погрешностей в измерении энергии частиц на коллайдере. Десять лет назад, в момент открытия бозона Хиггса, физики вряд ли думали, что LHC будет способен измерить эту ширину. Однако в 2014 году был предложен новый метод косвенного измерения ширины, и физики тут же взяли его на вооружение.
Первоначальные измерения выдавали лишь ограничение сверху и не позволяли почувствовать эту величину. Однако, обработав полную статистику сеанса Run 2, обе экспериментальные группы вплотную подошли к измерению. Полгода назад (arXiv:2202.06923) коллаборация CMS сообщила, что на уровне статистической значимости 3,6σ чувствует ненулевую ширину бозона Хиггса и что она в пределах погрешностей согласуется с предсказанием СМ.
Взаимодействие бозона Хиггса с самим собой — еще одна сторона хиггсовского сектора нашего мира, к которой физики только подступаются. Именно из-за нетривиального взаимодействия хиггсовского поля с самим собой в ранней Вселенной произошел фазовый переход, «включился» хиггсовский механизм, и у частиц появилась масса. Возможно также, что в процессе этого же фазового перехода появился дисбаланс между частицами материи и антиматерии, который до сих пор остается необъясненным. И хотя мы не можем повторить эксперимент природы, не можем «выключить», а потом снова «включить» хиггсовский механизм, нам по силам измерить элементарный шаг этого явления — интенсивность, с которой один хиггсовский бозон расщепляется на два.
Для этого в столкновениях протонов на коллайдере нужно зарегистрировать рождение не одного, а сразу двух бозонов Хиггса, и сравнить результаты с предсказаниями Стандартной модели. Этот процесс давно изучается теоретически и экспериментально, но пока что статистики не хватает для его регистрации. Текущие ограничения зависят от конкретного канала распада бозона Хиггса и в несколько раз превышают предсказанное СМ значение (arXiv:2112.11876, arXiv:2206.09401). Однако есть все шансы начать чувствовать этот процесс в будущем сеансе работы Run 3. Подробности можно также найти в материалах недавней конференции Higgs Pairs Workshop 2022, целиком посвященной одному лишь этому процессу.
Бозон Хиггса открыт, кардинальных отличий от предсказаний Стандартной модели пока не видно — но это вовсе не повод сворачивать хиггсовскую деятельность. Десять лет назад мы получили доступ к новой области микромира, и теперь наша задача — изучить в мельчайших деталях всё богатство физических характеристик хиггсовского бозона. Именно этим физики и продолжат заниматься на LHC и на будущих коллайдерах высоких энергий.
Глобальное расписание работы LHC определено до 2037–2038 годов. Прямо сейчас идут последние приготовления к следующему сеансу работы коллайдера LHC Run 3. Сеанс официально стартует 5 июля, на следующей день после десятилетнего юбилея бозона Хиггса; начало работы будет транслироваться онлайн. В течение первого месяца техники будут постепенно наращивать светимость коллайдера и в августе должны выйти на запланированный уровень. Подробности на ближайшее время можно найти в материалах 150-го заседания Комитета по работе LHC и на странице LHC Programme Coordination.
Сеанс Run 3 продлится примерно 3 года, после чего Большой адронный коллайдер будет кардинально обновлен и станет называться HL-LHC (Большой адронный коллайдер на высокой светимости). Темп набора данных возрастет в несколько раз, и в таком режиме коллайдер проработает еще десятилетие. За всё время работы будет накоплено примерно в 20 раз больше данных, чем набрано к настоящему моменту. Редкие процессы с участием бозона Хиггса, едва заметные на нынешней статистике, будут надежно открыты и измерены после обработки всех данных. Именно поэтому физики и не думают «сматывать удочки»: мы сейчас находимся лишь в начале пути, мы прошли только 5% всей дистанции, и кто знает, какие еще сюрпризы и подарки нам преподнесет природа!
Также в ближайшие годы физики должны определиться, в каком направлении развиваться физике частиц в 2040-х годах. На смену LHC придет коллайдер нового поколения, и скорее всего это будет один из вариантов хиггсовской фабрики — электрон-позитронный коллайдер, оптимизированный под изучение бозона Хиггса. На нынешнем цикле Европейской стратегии в физике частиц идет параллельная разработка нескольких проектов, но после 2026 года уже следует зафиксировать проект и приступать к его реализации. Подробности можно найти в новости Куда двигаться коллайдерной физике в следующем десятилетии? («Элементы», 20.08.2018) и в интервью Владимира Шильцева о будущем ускорительной техники («Элементы», 20.06.2019).
Заглянем в будущее на двадцать лет — в предположении, конечно, что наука и мир будут развиваться так, как планировалось. По результатам работы LHC и хиггсовской фабрики точность измерения многих распадов бозона Хиггса улучшится до считаных процентов, в отдельных случаях — лучше процента. Будут открыты и измерены распады и прочие процессы, которые сейчас Большому адронному коллайдеру не по зубам. Если свойства бозона Хиггса отличаются от Стандартной модели хотя бы на несколько процентов, мы это заметим — и тем самым откроем новую главу в изучении микромира.
Параллельно с хиггсовской физикой, не менее грандиозные перспективы ожидаются в других направлениях физики частиц. Тот же LHC вкупе с электрон-позитронными коллайдерами в ближайшие годы прояснит ситуацию с несколькими подозрительными отклонениями в распадах B-мезонов. Вполне может статься, что Новая физика будет открыта еще в ходе работы LHC. В этом случае научная программа хиггсовской фабрики будет адаптирована для внимательного изучения первопричины этих отклонений. Будет также развиваться и нейтринная физика. В начале 2030-х годов должен стартовать грандиозный нейтринный эксперимент DUNE, обещающий дать ответы на многие вопросы нейтринной физики. Поскольку массы и характеристики нейтрино не объясняются Стандартной моделью, нейтрино открывают нам еще одну дорогу к Новой физике. Не исключено, что к этому«приложили руку» новые хиггсовские бозоны — по крайней мере, именно так и происходит в многочисленных теоретических моделях происхождения нейтринных масс.
Наконец, в 2030–2040-х годах нас ожидает новая эпоха астрофизических наблюдений, а также эра космических гравитационно-волновых обсерваторий, таких как LISA. Эти обсерватории нацелены на регистрацию гравитационных волн, оставшихся с той безумно ранней эпохи, когда в сверхгорячей Вселенной кипел вакуум и происходили фазовые переходы. Возможно, хиггсовский механизм, «запустившийся» в ту эпоху, тоже породил сильные гравитационные волны — по крайней мере, это предсказывают многие неминимальные хиггсовские модели. И если космические детекторы смогут их уловить, в распоряжении физиков появится новый удивительный инструмент для изучения хиггсовской физики, дополняющий коллайдерные измерения.
2030–2040-е годы имеют все шансы стать новым золотым веком в физике частиц, и, возможно, именно хиггсовский бозон станет новой «точкой роста». Главное, чтобы всё получилось.