Российские физики, возможно, открыли новую частицу
23.09.2012 13:21
—
Новости Hi-Tech
Сотрудники дубнинского Объединенного института ядерных исследований, Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики и Института прикладной физики Академии наук Молдовы экспериментально обнаружили следы распадов легкого бозона, не включенного в Стандартную модель.
Частица, масса которой оценивается в ~38 МэВ, пока обозначается просто как Е(38). О ее наблюдении ученые рассказали на недавно завершившемся в Дубне Балдинском Международном семинаре по проблемам физики высоких энергий, еще до выступления опубликовав препринт статьи о своём открытии.
Стоит сказать, что бозон Е(38) уже упоминался в литературе в прошлом году: исследователи из Португалии Эеф ван Беверен (Eef van Beveren) и Джордж Рупп (George Rupp) нашли "первые признаки" его существования, просматривая данные, собранные коллаборацией BABAR при столкновениях электронов и позитронов на коллайдере PEP-II в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC. В феврале 2012-го физики обновили статью, в которой теперь обсуждалась не только информация BABAR, но и результаты опытов, проведенных коллаборациями CDF (она, напомним, работала на протон-антипротонном коллайдере "Теватрон" в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми), CMD (электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН), CB-ELSA (ускоритель электронов ELSA, Боннский университет) и COMPASS (Суперпротонный синхротрон, Европейская организация по ядерным исследованиям). Представители COMPASS, что интересно, решили активно защищать каноническую интерпретацию своих данных и опубликовали короткий комментарий к работе ван Беверена и Руппа. Суть его сводится к тому, что найденный "пик" на ~38 МэВ представляет собой артефакт, характерный для конкретного спектрометра и конкретной схемы измерений и воспроизводимый стандартным моделированием по методу Монте-Карло.
Многие специалисты соглашались с COMPASS и рассматривали исследования ван Беверена и Руппа как бессмысленные поиски сигналов в распределениях сложной (и изначально не определенной) формы, не имеющие серьезной физической основы. Теперь отношение может измениться: россияне анализировали уже не какую-то комбинацию опубликованных данных, а результаты экспериментов, выполненных ими лично на прекрасно известной им установке.
Схема дубнинского эксперимента. S1 и S2 - сцинтилляционные счетчики
Для проведения опытов в Дубне использовался ускорительный комплекс "Нуклотрон", пучок с которого попадал на углеродную или медную мишень. Дейтроны (содержащие один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжёлого изотопа водорода) на "Нуклотроне" разгонялись до двух или трех гигаэлектронвольт в пересчете на один нуклон, а протоны - до 4,6 ГэВ. Экспериментальная схема, показанная на рисунке выше, имела два одинаковых плеча, расположенных практически симметрично относительно оси пучка, и результаты столкновений частиц с мишенями фиксировали удаленные на три с лишним метра черенковские гамма-спектрометры.
Эти гамма-спектрометры и зафиксировали свидетельства распадов Е(38) на пары фотонов (такие распады, кстати говоря, однозначно указывают на то, что Е(38) относится к бозонам). Физики построили распределение числа фотонных пар, зарегистрированных в правом плече схемы, по их инвариантной массе (величине, для расчета которой необходимо знать энергии двух фотонов и угол между направлениями их движения), сравнили полученный график с фоновыми предсказаниями стандартной модели - и обнаружили прогнозируемый ван Бевереном и Руппом пик в области 38 МэВ. Сигнал проявлялся в трех разных вариантах эксперимента: при выведении протонов и 2-гигаэлектронвольтовых дейтронов на углеродную мишень и при попадании более энергетичных дейтронов на медную мишень.
Такая информация, кажется, должна была убедить скептиков, но этого, как показывает критический отзыв Томмазо Дориго (Tommaso Dorigo) на работу российских физиков, не произошло. Понять г-на Дориго, сотрудника коллаборации CMS, который выполняет опыты на Большом адронном коллайдере и недавно сообщал об открытии хиггсовского бозона, можно: статья дубнинцев написана в очень, скажем так, необычном стиле. Традиционно в подобных исследованиях приводятся краткое описание установки и кое-каких ключевых ее характеристик вроде энергетического разрешения, критерии отбора событий, сведения о том, как моделировался фон, и результаты статистического анализа с привычной для читателей оценкой значимости сигнала - однако ничего этого в новом препринте нет. Он, по сути, представляет собой набор однотипных графиков, построенных для трех упомянутых выше вариантов эксперимента и разных критериев отбора (ограничений на энергию фотонов, сумму энергий двух фотонов и угол их разлета), которые предъявляются без каких-либо комментариев.
Конечно, ответы на многие вопросы можно найти в опубликованном ранее отчете об экспериментах на "Нуклотроне" и тех же черенковских гамма-спектрометрах (или в этой записи теоретика Криса Остина (Chris Austin), который объясняет все более доступно), но оформление важнейшей статьи о наблюдении частицы, не вписывающейся в стандартную модель, действительно удивляет. К записи результатов авторы также отнеслись спустя рукава; аппроксимируя обнаруженные пики функцией Гаусса, они везде указывают центральное значение с немыслимой точностью в пять (!) знаков после запятой, а в одном случае (38,4935 ± 1,02639) и вовсе допускают ошибку, которую не всегда прощают студентам в техническом вузе, - представляют значение и его погрешность с разным числом знаков после запятой.
Как бы там ни было, ситуация вскоре должна проясниться. По утверждению г-на ван Беверена, группа из Дубны обещала в ближайшее время составить подробное описание измерительной схемы и методов анализа.
Частица, масса которой оценивается в ~38 МэВ, пока обозначается просто как Е(38). О ее наблюдении ученые рассказали на недавно завершившемся в Дубне Балдинском Международном семинаре по проблемам физики высоких энергий, еще до выступления опубликовав препринт статьи о своём открытии.
Стоит сказать, что бозон Е(38) уже упоминался в литературе в прошлом году: исследователи из Португалии Эеф ван Беверен (Eef van Beveren) и Джордж Рупп (George Rupp) нашли "первые признаки" его существования, просматривая данные, собранные коллаборацией BABAR при столкновениях электронов и позитронов на коллайдере PEP-II в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC. В феврале 2012-го физики обновили статью, в которой теперь обсуждалась не только информация BABAR, но и результаты опытов, проведенных коллаборациями CDF (она, напомним, работала на протон-антипротонном коллайдере "Теватрон" в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми), CMD (электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН), CB-ELSA (ускоритель электронов ELSA, Боннский университет) и COMPASS (Суперпротонный синхротрон, Европейская организация по ядерным исследованиям). Представители COMPASS, что интересно, решили активно защищать каноническую интерпретацию своих данных и опубликовали короткий комментарий к работе ван Беверена и Руппа. Суть его сводится к тому, что найденный "пик" на ~38 МэВ представляет собой артефакт, характерный для конкретного спектрометра и конкретной схемы измерений и воспроизводимый стандартным моделированием по методу Монте-Карло.
Многие специалисты соглашались с COMPASS и рассматривали исследования ван Беверена и Руппа как бессмысленные поиски сигналов в распределениях сложной (и изначально не определенной) формы, не имеющие серьезной физической основы. Теперь отношение может измениться: россияне анализировали уже не какую-то комбинацию опубликованных данных, а результаты экспериментов, выполненных ими лично на прекрасно известной им установке.
Схема дубнинского эксперимента. S1 и S2 - сцинтилляционные счетчики
Для проведения опытов в Дубне использовался ускорительный комплекс "Нуклотрон", пучок с которого попадал на углеродную или медную мишень. Дейтроны (содержащие один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжёлого изотопа водорода) на "Нуклотроне" разгонялись до двух или трех гигаэлектронвольт в пересчете на один нуклон, а протоны - до 4,6 ГэВ. Экспериментальная схема, показанная на рисунке выше, имела два одинаковых плеча, расположенных практически симметрично относительно оси пучка, и результаты столкновений частиц с мишенями фиксировали удаленные на три с лишним метра черенковские гамма-спектрометры.
Эти гамма-спектрометры и зафиксировали свидетельства распадов Е(38) на пары фотонов (такие распады, кстати говоря, однозначно указывают на то, что Е(38) относится к бозонам). Физики построили распределение числа фотонных пар, зарегистрированных в правом плече схемы, по их инвариантной массе (величине, для расчета которой необходимо знать энергии двух фотонов и угол между направлениями их движения), сравнили полученный график с фоновыми предсказаниями стандартной модели - и обнаружили прогнозируемый ван Бевереном и Руппом пик в области 38 МэВ. Сигнал проявлялся в трех разных вариантах эксперимента: при выведении протонов и 2-гигаэлектронвольтовых дейтронов на углеродную мишень и при попадании более энергетичных дейтронов на медную мишень.
Такая информация, кажется, должна была убедить скептиков, но этого, как показывает критический отзыв Томмазо Дориго (Tommaso Dorigo) на работу российских физиков, не произошло. Понять г-на Дориго, сотрудника коллаборации CMS, который выполняет опыты на Большом адронном коллайдере и недавно сообщал об открытии хиггсовского бозона, можно: статья дубнинцев написана в очень, скажем так, необычном стиле. Традиционно в подобных исследованиях приводятся краткое описание установки и кое-каких ключевых ее характеристик вроде энергетического разрешения, критерии отбора событий, сведения о том, как моделировался фон, и результаты статистического анализа с привычной для читателей оценкой значимости сигнала - однако ничего этого в новом препринте нет. Он, по сути, представляет собой набор однотипных графиков, построенных для трех упомянутых выше вариантов эксперимента и разных критериев отбора (ограничений на энергию фотонов, сумму энергий двух фотонов и угол их разлета), которые предъявляются без каких-либо комментариев.
Конечно, ответы на многие вопросы можно найти в опубликованном ранее отчете об экспериментах на "Нуклотроне" и тех же черенковских гамма-спектрометрах (или в этой записи теоретика Криса Остина (Chris Austin), который объясняет все более доступно), но оформление важнейшей статьи о наблюдении частицы, не вписывающейся в стандартную модель, действительно удивляет. К записи результатов авторы также отнеслись спустя рукава; аппроксимируя обнаруженные пики функцией Гаусса, они везде указывают центральное значение с немыслимой точностью в пять (!) знаков после запятой, а в одном случае (38,4935 ± 1,02639) и вовсе допускают ошибку, которую не всегда прощают студентам в техническом вузе, - представляют значение и его погрешность с разным числом знаков после запятой.
Как бы там ни было, ситуация вскоре должна проясниться. По утверждению г-на ван Беверена, группа из Дубны обещала в ближайшее время составить подробное описание измерительной схемы и методов анализа.