Fysikere i ekstase: CERN har måske fundet en ny partikel
Overraskende observationer fra partikelacceleratoren LHC kan være et tegn på, at forskere har fundet en ny elementarpartikel, der kan ændre vores forståelse af den subatomare verden. Det statistiske grundlag er dog stadig for tyndt til, at forskerne kan være sikre.

Protonerne suser rundt i CERNs 27 kilometer lange partikelaccelerator LHC. Når protonerne støder sammen, går de i stykker og kan afsløre, hvad verdens mindste byggesten består af. I år har CERN skruet op gevaldigt op for energien, og måske har kollisionerne ført til et gennembrud inden for fysikken. (Foto: CERN)

Protonerne suser rundt i CERNs 27 kilometer lange partikelaccelerator LHC. Når protonerne støder sammen, går de i stykker og kan afsløre, hvad verdens mindste byggesten består af. I år har CERN skruet op gevaldigt op for energien, og måske har kollisionerne ført til et gennembrud inden for fysikken. (Foto: CERN)

Forskere ved CERN i Schweiz har måske opdaget en ny elementarpartikel.

I CERNs gigantiske partikelaccelerator Large Hadron Collider (LHC) flyver protoner rundt med ekstremt høj hastighed, og når de kolliderer, kan de gå i stykker og løfte sløret for, hvordan verdens mindste byggesten ser ud.

Det var på den måde, at forskerne for tre år siden fandt den berømte Higgs-partikel, og nu har to af LHC’s detektorer uafhængigt af hinanden opfanget et signal, som forskerne endnu ikke kan forklare.

»Der er hints af ny fysik. Der er ikke nok statistisk signifikans til at sige, at man har en ny opdagelse. Men mange har en god fornemmelse, blandt andet fordi begge detektorer tilsyneladende ser det her,« siger Thomas Aaby Ryttov, der er lektor ved forskningscenteret CP3-Origins på Syddansk Universitet.

Vi er altså måske på sporet af en ny partikel. Eller måske skyldes signalet bare statistisk usikkerhed. Men én ting er sikker: Partikelfysikere verden over er helt oppe at køre over nyheden.

»Vi har næsten ikke sovet,« siger en begejstret Thomas Aaby Ryttov, der ikke selv været involveret i forsøget på CERN, men som har arbejdet i døgndrift sammen med sine kollegaer på at fortolke det nye, mystiske signal.

Fysikere håber på at finde noget helt nyt

Forskerholdene bag de to detektorer, ATLAS og CMS, har observeret foton-par, som rammer deres detektor. Den slags målinger burde ifølge forskernes forudsigelser resultatere i, at detektoren spytter en jævnt faldende kurve ud.

Men et stykke nede ad kurven er der et bump i dataene i det område, der svarer til en masse på 750 gigaelektronvolt (GeV). Det er et bump, som ikke kan forklares af standardmodellen, som normalt bruges til at beskrive processer i den subatomare verden.

Kurven her viser ATLAS-detektorens resultater. Den røde linje viser, hvad forskernes analyser har forudsagt. De sorte punkter viser de faktiske målinger. Bemærk bumpet omkring 750 GeV - det er denne afvigelse fra det forventede, som får forskerne til at spekulere i, at de måske har fundet en ny partikel. (Foto: ATLAS)

»Der er jo to detektorer, blandt andet fordi de skal tjekke hinanden. Hvis den ene finder et nyt signal, så skal den anden også se et nyt signal, og det gør de faktisk her. Den ene ser et noget kraftigere signal end den anden, men de ser det i nogenlunde samme område, så det kunne godt tyde på, at der er noget om snakken,« forklarer Thomas Aaby Ryttov.

Thomas Aaby Ryttov har talt med mange kollegaer fra hele verden om bumpet på kurven, og meningerne er meget delte om, hvorvidt signalet er reelt eller bare et resultat af statistiske udsving. Men forskerne er generelt usædvanligt spændte og håbefulde.

»Da LHC startede op, ledte man som det første efter Higgs-partiklen, men den havde man en fornemmelse af nok skulle være der, hvis man bare kiggede godt nok efter. Nu står vi med et håb om, at der kunne være noget helt nyt fysik, som vi måske ikke engang har tænkt over,« siger Thomas Aaby Ryttov.

Hvad har de fundet?

Forskerne har allerede publiceret mange artikler med teorier om, hvad der kan have forårsaget signalet, hvis det er ægte.

Ifølge Thomas Aaby Ryttov er den simpleste forklaring, at kollisionen har skabt en ny partikel, der går i stykker og bliver til de to fotoner, som detektorerne er blevet ramt af. Den nye partikel vil i så fald have masse på 750 GeV, hvilket vil være den tungeste partikel, man nogensinde har produceret, og det vil ikke passe ind i standardmodellen. Higgs-partiklen vejer til sammenligning 125 GeV.

Spørgsmålet er så, hvad denne partikel er for en slags, og hvilke egenskaber den har. Thomas Aaby Ryttov peger på to muligheder som de mest realistiske:

1. Enten har man fundet en ny ægte elementarpartikel.

2. Eller også er der tale om, at den nye partikel er lavet af to mindre partikler, som er sat sammen af en ny fundamental naturkraft. 

Sådan opfattede detektoren CMS en kollision mellem to protoner i partikelacceleratoren LHC. De to lange grønne streger er to henfaldne fotoner. (Foto: CMS)

»Uanset hvad vil der nok være noget mere til historien, som vi ikke har set endnu. Det er nok blot første del i en stor boks, som vi er ved at åbne,« siger Thomas Aaby Ryttov.

Nyt fund kan føre til udvidelse af standardmodellen

Et fund af en ny elementarpartikel kan pille ved standardmodellen, der siden 1970’erne har gjort rede for alt det, der sker på det subatomare niveau – altså de fundamentale partikler og vekselvirkningerne imellem dem.

Men standardmodellen har nogle teoretiske problemer, der nager forskere, som gerne vil udvide modellen for at løse problemerne.

»Uanset hvordan man udvider standardmodellen, så betyder det, at der kommer ny fysik ind i den i form af nye partikler, nye naturkræfter, nye dimensioner eller nye symmetrier. Det er det, man håber på, at man ser her, så standardmodellen ikke er det sidste bud på, hvordan den subatomiske verden hænger sammen,« siger Thomas Aaby Ryttov.

En eventuel ny opdagelse og en udvidelse af standardmodellen kan hjælpe forskere med at løse mysteriet om mørkt stof. Det vil måske også kunne redegøre for, hvorfor vi ser langt mere stof end antistof i universet, når standardmodellen ellers dikterer, at der burde være stort set lige meget af begge typer.

Men først skal forskerne på CERN skyde mange flere protoner rundt i partikelacceleratoren for at afgøre, om der vitterligt er tale om en noget nyt, eller om der blot er tale om en tilfældighed.

CERN regner med at have samlet data nok til at komme med et klart svar i løbet af første halvår 2016.

»De næste 4-6 måneder kan være pinefulde, og alle venter med stor spænding,« siger Thomas Aaby Ryttov. 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.