Dansk Higgs-fysiker: Al mulig grund til at være glad
Higgs-partiklen er endnu ikke fundet, som mange ellers forventede ville blive udmeldt tirsdag fra CERN. Men der er bestemt ingen grund til at være skuffet, for resultaterne er en vigtig milepæl, mener danske forskere.

Et eksperiment - CMS - har fundet signaler, der kunne stamme fra henfaldsprodukter af Higgs-partikler. (Foto: CERN)

Skuffelsen var til at tage at føle på hos fysikere og journalister, der nysgerrigt deltog i tirsdagens pressemøde (video) hos det europæiske partikelforskningscenter CERN. Partikelforskningscentret havde lokket dem til med formuleringer som 'nye lovende data i jagten på Higgs-partiklen'. 

Mange fremmødte lagde efterfølgende ikke skjul på, at de havde forventet en decideret opdagelse – at man nu langt om længe havde fundet den Higgs-partikel, som ifølge flere teorier er nødvendig for at give alting masse.

Realiteten var, at man i to uafhængige eksperimenter, CMS og ATLAS, havde opnået data, der meget vel kunne stamme fra Higgs-partiklen – men man kunne ikke sige det med sikkerhed, da man stadig manglede de afgørende beviser.

Blandt deltagerne på mødet var partikelfysiker Stefania Xella fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, kollegaen Mogens Dam og to af deres fælles ph.d.-studerende Ingrid Deigaard and Almut Pingel, der alle er med i ATLAS-gruppen. De opfatter resultaterne fra begge forskergrupper som særdeles lovende og ser ikke nogen grund til at være i dårligt humør – selv er de i hvert fald begejstrede og forventningsfulde.

»Jeg mener ikke, der er nogen som helst grund til at være skuffet. Begge eksperimenter har gjort et ekstremt stort kvalitetsarbejde i løbet af en meget kort tidsperiode efter, at dataene blev indsamlet. Jeg er meget imponeret over resultaterne. Forskerne bag begge projekter har gjort et flot stykke arbejde,« siger lektor Stefania Xella fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

To uafhængige forsøg finder det samme resultat

Hun giver et indtryk af hvor stort resultatet er ved at pointere at de to helt uafhængige eksperimenter er nået frem til nogenlunde samme konklusion:

  1. ATLAS: Standardmodellens Higgs-partikel har sandsynligvis en masse (energi), der ligger i intervallet 116-130 GeV.
     
  2. CMS: Standardmodellens Higgs-partikel har sandsynligvis en masse (energi), der ligger mellem 115 og 127 GeV.
Fakta

De to eksperimenter har ledt efter Higgs-partiklen ved at være på udkig efter specifikke partikler, som Higgs-partiklen kan henfalde til.

I begge eksperimenter foretrækker Higgs-partiklen (hvis den altså eksisterer) tilsyneladende at henfalde til lyspartikler, såkaldte fotoner.

Resultaterne skal ses som rigtigt gode hints, understreger hun, da der endnu ikke er tilstrækkeligt med data til, at man kan kalde det for en egentlig observation.

»Resultaterne fra hvert eksperiment viser kun en lille sandsynlighed for, at de fundne resultater kan forklares uden brug af Higgs. Så vi mener, at der er tale om et lovende resultat, selv om det ikke er udtømmende og endegyldigt. Af samme grund er vi spændte på, hvad næste år bringer,« siger Stefania Xella.

Higgs-partiklen målt på dens affald

De to eksperimenter har det til fælles, at de begge forsøger at finde Higgs-partiklen ved at indfange dets ’affald’.

Higgs-partiklen lever i sig selv i uhyre kort tid før den omdannes til andre partikler, såkaldte ’henfaldsprodukter’, og dermed er chancen for at indfange en Higgs i egen høje partikel uendeligt lille. Henfaldsprodukterne er meget lettere at trænge op i en krog, og har man først fået fingrene i sådanne partikler, har man indirekte dokumenteret, at Higgs-partiklen virkelig eksisterer.

Styrken ved CMS-eksperimentet er, at det har forsøgt at indfange i alt otte af Higgs-partiklens forskellige henfaldsprodukter – ATLAS har kun kigget på fem, og står dermed en smule svagere på det punkt.

Higgs-forsøg peger på Standardmodellen

Ved at kigge på, hvordan henfaldsprodukterne fordeler sig, altså hvilke partikler, Higgs-partiklen foretrækker at henfalde til, kan man spore sig ind på, hvilken af forskernes fysiske teorier, der er mest hold i.

Fakta

Stefania Xella koncentrerer sig om at opspore Higgs-partiklen via såkaldte tau-leptoner, der er én af Higgs-partiklens mulige henfaldsprodukter.

Flere konkurrerende teorier gør nemlig brug af en Higgs-partikel, deriblandt Standardmodellen og Supersymmetri-modellen (se sidehistorie under artiklen), der peger på hver sine foretrukne henfaldspartikler.

Fysikerne har derfor været spændte på at se, hvordan Higgs-partiklernes henfaldsprodukter rent faktisk vil fordele sig i et eksperiment, så man kan spore sig ind på, hvilken af de to fysiske modeller, der er hold i. Her viser resultaterne fra CMS tilsyneladende en påfaldende god overensstemmelse med Standardmodellens forudsigelser.

»Resultaterne ser foreløbigt ud til at være i god overensstemmelse med Standardmodellens Higgs-partikel. Dette resultat, hvis det bliver bekræftet, er, hvad fysikere har ventet på I mere end 30 år. Så hvis det viser sig at holde vand, vil det i sandhed være en stor opdagelse,« siger Stefania Xella.

Higgs-partiklen er opkaldt efter fysikeren Peter Higgs, der introducerede den i 1960’erne. Den er nært knyttet til vores forståelse af masse, og er en nødvendig del af fysikernes teori, hvis den skal beskrive naturen, som vi ser den.

»I fremtiden kan Higgs vise sig at blive nøglen til at opnå en langt dybere forståelse af naturen,« slutter hun.

Supersymmetri mod Standardmodellen

Partikelfysikkens Standardmodel er den teori der beskriver naturen på den mest fundamentale skala. I Standardmodellen er alle partikler repræsenteret af sakaldte felter, der som klassiske bølger udbreder sig i tid og rum og som overholder kvantemekanikkens og relativitetsteoriens lovmæssigheder.

Der findes to typer partikler; kraftbærende partikler, som fotonen, og stoflige partikler, som elektronen. Disse elementarpartikler udgør de fundamentale byggeklodser, som vores univers er opbygget af. 

Standardmodellen gør det muligt at beregne hvordan elementarpartiklerne vekselvirker med hinanden, og modellens teoretiske forudsigelser er blevet testet ved
eksperimenter over de sidste 30 år.

Indtil videre har modellen vist sig at være utrolig succesfuld, da alle observationer har stemt overens med teorien ned til promille præcision. Men der mangler stadig en brik i det store partikelpuslespil, nemlig den sakaldte Higgs-partikel.

Andre modeller bruger også Higgs

Standardmodellen står og falder altså med eksistensen af en Higgs-partikel, men det er der også mange andre teorier, er gør. Én af de mest kendte teorier er forestillingen om, at naturen er supersymmetrisk. 

Hvis sådan en symmetri vitterligt findes, findes der mindst én såkaldt susy-partikel (Higgs-partikel) for hver standard modelpartikel. I det tilfælde er der typisk fem Higgs'er, og det, man så har målt i de to eksperimenter ATLAS og CMS skulle så bare være den letteste af disse Higgs'er.

Astrofysikere er meget interesseret i at påvise eller afvise en sådan supersymmetri, for hvis de finder, at Higgs'en er en Susy-higgs, er der stor chance for, at det mørke stof er en supersymmetrisk partikel. Hvis Higgs'en i stedet bare er en standard model-Higgs, er forskerne igen på bar bund i forhold til deres overvejelser om, hvad det mystiske mørke stof, der fylder universet, består af.

Kilder: Kosmolog Steen H. Hansen og artikel af Stefania Xella i tidsskriftet Kvant.