Днями європейська організація з ядерних досліджень (церн, cern) опублікувала довгоочікуваний для багатьох фізиків прес-реліз. У ньому детально і зрозуміло навіть «простим смертним» розповідається, як вчені на основі даних, зібраних в останні роки роботи великого адронного коллайдера (вак), змогли визначити час «життя» бозона хіггса з високою точністю.

Якщо коротко, ця нестабільна субатомна частинка існує в середньому 2,1 x 10-22 секунди, тобто 0,21 зептосекунди або 210 йоктосекунд. Іншими словами, близько трильйонної мільярдної частки секунди. Похибка вимірювань становить + 2,3 / -0,9, що перевищує на кілька порядків раніше досягнутий рівень точності. А найголовніше-ці значення збігаються з теоретичними даними: згідно з розрахунками, бозон хіггса повинен розпадатися через 1,6 х 10-22 секунди після свого виникнення.

Відповідність емпіричних даних стандартної моделі надзвичайно важлива для фізиків. Покажи експеримент час «життя» хіггсовського бозона менше теоретичних значень, і вченим довелося б шукати нові шляхи розпаду частинки. А значить, переглядати теорію в окремих аспектах або взагалі в значній її частині. Якщо ж час існування бозона хіггса виявилося б довше передбаченого, така новина стала б справжнім сюрпризом. У цьому випадку реальна взаємодія легендарної частинки з іншими має бути слабшою.

Простіше кажучи, відхилення від теоретичних розрахунків призвели б до пошуку альтернативних пояснень. А стандартна модель добре підтверджена безліччю експериментів, і поява «частинки-бунтаря» змішало б всі карти вчених. З одного боку, це непогано, так як рухає науку. З іншого-необхідність кардинального перегляду перевірених теорій через одиночного відхилення рідко вказує на ваду в самій теорії, скоріше на серйозну помилку в експерименті.

Проблема з вимірюванням часу» життя » хіггсовського бозона пов’язана з тим, що ця частинка занадто короткоживуча, щоб пройти в детекторі значну відстань перед своїм розпадом. Тим часом вона існує занадто довго, щоб визначити час до її розпаду відомим непрямим методом. Зазвичай фізики впізнають його, оцінюючи «ширину мас» (mass width) частинки. Справа в тому, що нестабільні частинки можуть «важити» по-різному внаслідок принципу невизначеності гейзенберга.

З найбільшою ймовірністю бозон хіггса при появі має масу 125 гігаелектрон-вольт, це так званий номінал. Вчені вже навчилися отримувати такі частинки з певною частотою і домоглися 10%-ного шансу на успіх в цій методиці. Але оскільки хіггсовський бозон нестабільний, набагато рідше він може з’явитися зі значно більшою масою — такий назвали нестандартним, аномальним. Правда, і розпадається він в цьому випадку швидше-залежність тут пропорційна.

В результаті фізики придумали наступний метод визначення номінального часу «життя» бозона хіггса. Так як всі параметри частинки відомим чином взаємопов’язані-частота появи «номінальних «(on-shell) і» аномальних» (off-shell), а також залежність між відхиленням маси і швидкістю розпаду, — вони підрахували, скільки вийшло хіггсівських бозонів різних мас. Співвідношення між ними підказало ту саму «ширину мас», а отже, і номінальний час життя кванта поля хіггса.

Збір необхідних даних зайняв кілька років, його проводили під час другої кампанії роботи бак (run 2). У величезному обсязі інформації фізикам довелося навчитися знаходити свідчення утворення «аномальних» бозонів хіггса. Але результат виправдав всі трудовитрати.