Новости науки
Второй бозон Хиггса?
Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, руководитель лаборатории теории ядра и элементарных частиц имени В. А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета Сергей Афонин теоретически предсказал существование еще одного бозона Хиггса. Согласно предложенной им модели, эта новая элементарная частица должна быть примерно в четыре раза тяжелее уже известного бозона Хиггса. Предсказание поможет заполнить целый ряд пробелов в Стандартной модели, которая описывает взаимодействие всех элементарных частиц, а кроме того, может приблизить к разгадке тайны темной материи.
Обнаружение в 2012 году в ЦЕРНе ранее предсказанного бозона Хиггса как будто бы завершило эпоху открытий фундаментальных элементарных частиц. На самом деле вопросов к Стандартной модели меньше не стало – она может объяснить далеко не все явления. Например, непонятно, почему во Вселенной почти нет антивещества (проблема барионной асимметрии Вселенной), почему нейтрино имеют хоть и ничтожно малую, но ненулевую массу, почему вакуум Стандартной модели выглядит метастабильным (измеренная масса частицы Хиггса лежит в узкой области между границами стабильности и нестабильности вакуума), почему масса бозона Хиггса относительно невелика, хотя ожидаемый вклад от квантовых поправок на очень малых расстояниях, согласно современной теории, должен вести к гигантским значениям этой массы.
По словам Афонина, есть довольно старая, но вполне привлекательная идея, что существуют другие бозоны Хиггса, которые влияют на «стандартный». Расширение Стандартной модели хотя бы на одну такую частицу потенциально может объяснить вышеупомянутые несостыковки. На эту тему есть немало работ, однако в данном случае остро встает вопрос о массе второго бозона Хиггса, так как от нее решающим образом зависит то, как именно можно решить имеющиеся проблемы на уровне количественных предсказаний, а также понять, по каким признакам следует искать такую частицу в экспериментах на Большом адронном коллайдере.
Афонин разработал теоретическую модель, которая позволила предсказать массу второго гипотетического бозона Хиггса. В основе концепции лежит идея о том, что бозон Хиггса может быть составной частицей, части которой сильно связаны, наподобие того, как кварки сильно связаны внутри протонов и нейтронов.
Идея «композитного Хиггса» часто используется для решения проблемы стабилизации его массы, обеспечивая «защиту» от быстро растущего вклада квантовых поправок: проще говоря, величина массы стабилизируется размером «внутренних частей». При очень сильной связи «структурных частей» между собой могут появляться некоторые универсальные характеристики, что, при определенных предположениях, позволяет описывать систему без знания конкретной природы этих «частей». В квантовой теории поля на этом основан так называемый голографический подход, изначально возникший в теории струн. Именно в рамках такого подхода и была построена модель. Сначала, в совместной работе Анохина с коллегами, она была успешно протестирована на описании масс известных легких частиц, составленных из кварка и антикварка, где также имеет место сильная связь составных частей, а затем применена к Стандартной модели.
Расчеты показали, что второй бозон Хиггса имеет массу примерно в четыре раза больше первого, однако доказать его существование еще предстоит.
Современный уровень согласия теории и эксперимента показывает, что частицы Стандартной модели напрямую не взаимодействуют или почти не взаимодействуют с какими-то другими гипотетическими частицами. Исключение составляет бозон Хиггса, для которого пока нет сильных экспериментальных ограничений. Это указывает на то, что из частиц Стандартной модели второй бозон Хиггса, скорее всего, заметно взаимодействует только с известным бозоном Хиггса, поэтому в образовании масс других элементарных частиц не участвует. Тогда эта частица, по определению, не является бозоном Хиггса. Более интригующий вариант: она действительно бозон Хиггса, но не в нашем мире наблюдаемых элементарных частиц, а в мире ненаблюдаемых частиц темной материи. В этом случае, если она существует, и физики научатся экспериментально наблюдать ее эффекты, можно будет понять природу темной материи.