Bakgrunn: Henger verden sammen med Higgs?

I de siste tiårene har forskerne lært en hel del om universet og byggeklossene det er laget av. Men klarer de ikke å finne en bitte liten partikkel ved navn Higgs, må de muligens rykke tilbake til start.

Published

En av sakene som skiller oss mennesker fra de andre dyra, er at vi bruker en uforholdsmessig stor del av de små hodene våre til å lure på hvordan verden henger sammen. (Bildet tilhører CERN.)

Opp gjennom årene har geniale tanker dukket opp med jevne mellomrom, og nå begynner vi å nærme oss en temmelig elegant planskisse over kreftene som hersker i Universet. Den kalles standardmodellen.

Ikke helt vanntett

- Standardmodellen er en beskrivelse av de minste bestanddelene i naturen, og kreftene som virker mellom dem, forklarer Alexander L. Read fra Gruppen for Eksperimentell partikkelfysikk ved Universitetet i Oslo.

Og modellen ser ut til å stemme fantastisk godt med virkeligheten.

- Uansett hva slags målinger vi gjør, så stemmer de med standardmodellen, sier Read.

- Vi kan nesten vite resultatet før vi setter i gang med eksperimentet.

Det er imidlertid ett problem. Den fine modellen sier ikke et kvekk om gravitasjon og hvorfor atomer, mennesker og stjerner har masse. Spørsmålet er ikke akkurat uvesentlig. Det er nemlig massen som gjør at innholdet i Universet klumper seg sammen, og ikke bare suser rundt i ei eneste stor kosmisk suppe.

Lur teori

I følge standardmodellen skal ingen av de små partiklene som verden er bygd opp av ha noen masse eller tyngde, men erfaringene fra virkeligheten sier jo noe helt annet. Men betyr det at man må kaste hele teorien på dynga? Ikke nødvendigvis.

På 1960-tallet kom nemlig fysikeren Peter Higgs opp med en temmelig genial forklaring på problemet. Hva om hele Universet, med soler og planeter og det hele, bader i en slags kosmisk sirup, et usynlig felt som omgir oss akkurat som magnetfeltet rundt Jorda?

Dette feltet påvirker partiklene, sakker dem ned og gir dem det vi kaller masse. Dermed blir ikke massen og tyngden noe partiklene i utgangspunktet har, men noe de får i møtet med feltet.

Teorien var så smart at de aller fleste fysikere mener dette må være forklaringa, og feltet har fått navnet Higgsfeltet. Og så langt er alt vel. Men for vitenskapsfolk er en fin teori bare halve moroa. Festen begynner først når man finner bevisene for at teorien virkelig stemmer. Men hvordan beviser man eksistensen av et usynlig, umålbart og urørbart felt?

Egen partikkel

Forskerne vet en hel del om felter fra før, og én ting som er felles for dem alle, er at de har hvert sitt private boson. Det er en type partikler som formidler krefter, og kan beskrives som en slags klumper eller knuter i feltet.

Siden alle de kjente feltene har sitt eget boson - noen har faktisk flere - skulle man altså anta at Higgsfeltet også har et boson. Et slikt Higgsboson burde det gå an å finne, og flere av verdens fremste partikkelfysikere har brukt de siste ti årene på å lete.

Partikkelspor

"Spor etter Higgsbosonet. (Bildet tilhører CERN)"
"Spor etter Higgsbosonet. (Bildet tilhører CERN)"

For å jakte på den omtalte partikkelen må man ha en partikkelakselerator, som kort fortalt er en mange kilometer lang sirkelformet tunnel under jorda. Der kan man sende stråler av elektroner og andre partikler i racerfart i hver sin retning, og se hva som skjer når de krasjer.

I det partiklene braker inn i hverandre, utløses det nemlig en hel masse energi, som snart forvandler seg til et helt regn av nye partikler. Er man heldige, er en av dem et Higgsboson.

Bosonet vil riktignok bare vare i brøkdelen av et sekund før det oppløser seg og blir til andre partikler. Men disse fnuggene vil igjen danne et karakteristisk spor som forskerne kan oppdage.

Bang!

Å lete etter Higgsbosonet er jo som å rote rundt etter ei nål som kanskje befinner seg i en høystakk. Energimengden som skal til for å lage partikkelen er avhengig av hvor tung den er. Dermed kan man lete etter stadig tyngre bosoner ved å stelle i stand kraftigere krasj.

I løpet av det siste tiåret har forskerne som jobber ved forskningssenteret CERN søkt seg oppover med stadig større smell. Resultatene har imidlertid latt vente på seg, og mot slutten av år 2000 var tunnelen tynt til det ytterste.

Må vente

"Her bygges LHC. (Bildet tilhører CERN)"
"Her bygges LHC. (Bildet tilhører CERN)"

Partikkelfysikerne ved CERN hadde ikke noe annet valg enn å legge inn årene i påvente av den nye akseleratoren Large Hadron Collider (LHC), som skal være ferdig i 2007.

I mellomtida håper konkurrenter ved Fermlab i USA at de skal finne Higgsbosonet i sin akselerator. Men mange mener at oppgaven blir for vanskelig for dem, og at det foreløpig ikke finnes noen akselerator på kloden som er diger nok til å klare brasene.

Hvis Higgsbosonet er en skikkelig sluggert, kan det nemlig hende man trenger noen veritable kjempekrasj for å få det på bana. Men med LHC, og et revolusjonerende dataverktøy som kan håndtere enorme mengder med informasjon fra forsøkene, vil forskerne klare å avsløre Higgspartikkelen. Hvis den i det hele tatt finnes, da.

Så langt ser det faktisk ganske lovende ut. De siste målingene fra de mest voldsomme kollisjonene ved CERN er nå analysert grundig, og forskerne har sett noe som kan være de første sporene av det ettersøkte bosonet.

Hvorvidt de virkelig har Higgs i kikkerten, eller om de er i ferd med å oppdage et nytt fenomen som ligner, får ingen vite før etter 2007.

Lenker:

CERN: The Higgs Boson
 

Scientific American: What exactly is the Higgs boson?
 

Fem enkle forklaringer av Higgsbosonet