Da Higgs-bosonen blev opdaget ved CERN i 2012, blev fysikerne på projektet fra den ene dag til den anden udnævnt til superstjerner. Nu da fejringen er ovre og den sidste champagne drukket er tømmermændene begyndt at sætte ind. End ikke en kvantemekanisk reparationsbajer kan rette op på det – spørgsmål presser sig på, hvis standardmodellen skal overleve.
I går morges kastede professor Jonathan A. Bagger, der er vicedirektør for akademiske anliggender ved Johns Hopkins University i USA, sig ud i spørgsmål om Higgs-bosonen ved Euroscience Open Forum i København. Dette resulterede i en heftig diskussion om partikelfysikkens fremtidige udfordringer, fordi standardmodellen, der afhænger af Higgs-partiklerne, bestemt ikke er all-inclusive.
»Har neutrinoer og anti-neutrinoer de samme egenskaber? Hvorfor er universet fyldt med stoffer og anti-stoffer?« spørger professoren nysgerrigt.
Samtidig med professor Baggers livlige snak, udgav CERN en artikel i det videnskabelige tidsskrift Nature, som en gang for alle bekræfter at Higgs henfalder direkte til såkaldte fermioner - hvilket er fuldstændig i overensstemmelse med standardmodellen.
Problemet er, at alle Higgs-opdagelserne næsten er for perfekte.
Higgs opfører sig næsten for pænt
Higgs-modellen er den sikkerhedsnål, der holder standardmodellen sammen. Med Higgs i centrum af modellen kan der laves og påvises forudsigelser som den, CERN publicerede i går.
»(…) Higgs-bosonen henfalder direkte til fermioner i en hastighed, der stemmer overens med den, standardmodellen for partikelfysik forudsiger,« skrev CERN i en pressemeddelelse.
Dette bekræfter den teori, som forskerne havde i forvejen – Higgs-partiklerne opfører sig som ventet. Det er både godt og skidt. Godt, fordi det medfører flere beviser for, at standardmodellen ikke er klar til at blive fejet af bordet endnu. Skidt, fordi det næsten er for godt til at være sandt. Hvor er alt det andet, som de skulle have fundet ud af? Som forklaringer på mørkt stof?
Forskere er ikke lutter begejstrede over denne bekræftelse, da de håbede på at blive ledt på sporet af nye, mere spændende fysiske erkendelser og ikke bare få bekræftet noget, de allerede vidste. Higgs opfører sig desværre utrolig pænt.
Der er fire overordnede problemer med standardmodellen, og derfor også Higgs-partiklerne, som holder partikelfysikerne vågne om natten. Det drejer sig blandt andet om spørgsmål, der vedrører neutrinoer, mørkt stof, kosmisk acceleration og Higgs-partiklerne selv.
Ikke desto mindre:
»Standardmodellen leverer en utrolig sikker platform til at opbygge og indlede eksperimenter, som skal afgøre svarene på de resterende spørgsmål,« forklarer professor Bagger.
Flere spørgsmål end svar
I standardmodellen er neutrinoerne masseløse. Det er de ikke i den virkelige verden.
»Dette har en mærkelig konsekvens: Hvis du ser på Solen, så ved du, hvor varm den er, du kender kernereaktionerne i solen, du ved, hvor mange neutrinoer der bliver produceret, og så måler du – og du opdager, at kun halvdelen af neutrinoerne rent faktisk når Jorden,« professor Bagger lader publikum dvæle lidt, før afsløringen,
»Hvad, der virkelig sker, er, at neutrinoerne breder sig og skifter form. Dette bliver ikke forklaret af standardmodellen.«
Dybt nede i en mine i Canada, for enden af en tre kilometer lang tunnel, forsøger forskere fra hele verden at påvise eller udelukke neutrinoproblemer. Svar fra SNOLAB kan måske løse nogle af de presserende problemer. Det er langt fra et neutralt puslespil.
»Neutrinoer er et stort hul i standardmodellen,« udbryder professor Bagger passioneret.
En kighul til universets mørke side?
Standardmodellen er perfekt, hvis du ser bort fra 70 procent af universet, som består af uforklarligt mørkt stof og mørk energi.
»Vi fysikere er meget stolte af standardmodellen, men der er faktisk fem gange så meget mørkt stof i universet, som der er almindeligt stof.«
Og dette stof ved ingen, hvad er - endnu.
Professor Bagger foreslår, at Higgs kan være vores indgang til nye teorier om mørkt stof og mørk energi. Desværre har ingen af Higgs’ egenskaber leveret nye spor til, hvor vi nu skal lede.
Kvantemekanik blev ikke skabt af mennesker, der gik rundt og sludrede med hinanden
Professor Bagger
»Mørkt stof er ikke-eksisterende i standardmodellen, så hvad er det?« Professor Bagger trækker på skuldrene:
»Det, vi vil elske at gøre, er, at påvise det, hvis rummet er fyldt med mørkt stof, så lad os finde det! Og lad os producere det her på Jorden.«
Universets ekspansion accelerer
Intuitivt skulle man tro, at universets ekspansion er aftagende. Men rent faktisk er processen accelererende. Denne konklusion er blevet bekræftet af satellitter, der har observeret den kosmiske baggrundsstråling. Det synes at være en temmelig vigtig detalje, at mørk energi driver universets acceleration, og vi aner ikke, hvad det er.
»Kosmisk acceleration rejser mange spørgsmål. Hvad er mørk energi? Er det konstant? Ændrer det sig over tid?« spørger Professor Bagger.
Higgs' hikke
Higgs-bosonen giver selv en del problemer. For det første er massen 125 gange en protons masse, og hvis du så bruger denne information kombineret med standardmodellen til at måle universets levealder, så viser det sig, at universet faktisk er metastabilt med den mængde af Higgs-masse. Over tid vil kvantesvingninger ødelægge universet, forklarer Professor Bagger. Han forgiver ikke engang at kende halvdelen af svarerne.
»Hvad betyder det?« spørger han retorisk.
»Heldigvis har universets liv varet længe nok, hele 13,8 milliarder år, så det er konsekvent. Med den mængde Higgs-bosonmasse vil universet ikke leve evigt. Betyder det, at universet en dag bare vil falde fra hinanden? Måske er der noget nyt fysik, som stabiliserer universet. Jeg ved det ikke.«
Kosmisk acceleration rejser mange spørgsmål. Hvad er mørk energi, er det konstant? Ændrer det sig over tid?
Professor Bagger
Higgs-bosonen har også andre problemer. Det er ustabilt ved kvantekorrektioner, hvilket betyder, at det er meget følsomt over for andre partiklers masse, som det møder på sin vej, når den suser rundt.
Er det en spændende tid for partikelfysik eller et total kvantekaos?
Selvom Higgs har skabt flere problemer for fysikken end den har løst, er Professor Bagger optimistisk. Higgs er måske forbundet med ny spændende fysik, særligt vil den måske kunne forklare mørkt stof.
»Måske er der andre dimensioner af universet, hvilket er det, strengteorien prøver at forudsige. Eller måske bliver vi bare nødt til at ændre reglerne. I stedet for at have et univers, kunne der være mange universer. Det er multiversteorien. Jeg kender ikke svaret, men det overstiger bestemt standardmodellen.«
Mange mulige favoritter
»Supersymmetri er min favorit,« fortsætter professor Bagger.
Supersymmetri foreslår, at alle partikler har en ’supermakker’, med de samme egenskaber, men forskellig masse og rotationer. Disse ’supermakkere’ er dog stadig uopdagede. Professor Bagger foretrækker supersymmetri, fordi Higgs passer elegant ind i denne teori.
»Denne teori stabiliserer Higgs-partiklen, og vi undgår derved universets undergang. Derudover har denne teori også en mørk stof-partikel. Men vi finder ikke ud af mere uden flere undersøgelser.«
Så hvad ved vi? Godt spørgsmål. Ikke overraskende understreger professor Bagger behovet for mere eksperimental viden.
»Kvantemekanik blev ikke skabt af mennesker, der gik rundt og sludrede med hinanden,« siger han.
Når CERN’s største partikelaccelerator, the Large Hadron Collider, tænder igen i begyndelsen af næste år, bør der komme svar, der kan give svar for eller imod partikelfysikkens fremtid.
