4. juli 2012 presenterte to forskergrupper sine resultater for en sal full av spente fysikere. Har de virkelig funnet Higgspartikkelen?
4. juli 2012 presenterte to forskergrupper sine resultater for en sal full av spente fysikere. Har de virkelig funnet Higgspartikkelen?

Higgs­partikkelen gjør fysikken ulidelig spennende, mener professor

Partikkelen kan forklare hvordan de minste byggesteinene i universet har masse. Men det er noe som mangler.

Det er ikke ofte partikkelfysikk dekker forsidene i tabloidene. Det er for så vidt ikke så ofte partikkelfysikere griner på jobb heller.

Men 4. juli 2012 var ingen vanlig dag.

Det var dagen da fysikerne ved forskningsanlegget CERN i Sveits offentliggjorde en nyhet forskerne hadde fantasert om i flere tiår:

De hadde funnet en partikkel.

Og ikke en hvilken som helst partikkel heller. De hadde sett umiskjennelige spor etter det som etter all sannsynlighet var higgspartikkelen.

Brikken som manglet

Dette ørlille, ustabile fnugget var puslespillbrikken som manglet for at den såkalte Standardmodellen skulle være komplett.

Standardmodellen er en svært omfattende modell over universets krefter og byggesteiner. Den kan forklare hvorfor verden rundt oss oppfører seg slik den gjør.

Men inntil juli 2012 manglet det altså en bit.

Forskerne kunne ikke helt forklare hvorfor de aller minste byggesteinene i verden har masse – altså at de veier noe. Og uten masse blir alt vanskelig. Da henger nemlig ikke partiklene sammen slik at det kan dannes atomer og molekyler. Dermed blir det heller ingen stjerner, planeter eller folk.

Det er dette higgspartikkelen kan forklare.

Det er ikke lett å se for seg et usynlig og ukjent fenomen. Men her har en kunstner forsøkt å tegne higgsfeltet.
Det er ikke lett å se for seg et usynlig og ukjent fenomen. Men her har en kunstner forsøkt å tegne higgsfeltet.

Et nytt felt

Eller higgsfeltet, for å være nøyaktig.

Det hele begynte som en litt skrullete ide på begynnelsen av 1960-tallet. En gruppe teoretiske fysikere hadde fått en tanke. Hva om hele universet er gjennomsyret av et felt som påvirker partiklene som finnes her og gir dem tyngde?

Den gangen var feltet bare fantasi. Men i 1964 innså fysikeren Peter Higgs noe svært vesentlig:

Fysikken som hele Standardmodellen hviler på, tilsier at dersom dette feltet virkelig finnes, så vil det ha en partikkel. En higgspartikkel.

Og hvis forskerne kunne finne denne partikkelen, ville det være et bevis for at higgsfeltet er en realitet.

Det skulle imidlertid ta nesten 50 år før Peter Higgs fikk vite om han hadde rett.

Professor Alex Read ved Universitetet i Oslo.
Professor Alex Read ved Universitetet i Oslo.

Gråtende fysiker

Higgs var blitt en eldre herre på over 80 år, da han satt i salen ved CERN, den junidagen i 2012.

På en av de andre benkeradene satt Alex Read fra Universitetet i Oslo, som selv hadde tilbrakt tiår med jobbing i jakten på den lille partikkelen. Rykter om store nyheter hadde svirret i ukevis, men ingen visste noe sikkert.

Så skjedde det altså:

Forskere fra to ulike eksperimenter ved CERN – uavhengig av hverandre – presenterte hvert sitt funn av den samme, nye partikkelen.

Salen eksploderte i jubel.

– En israelsk journalist så på meg og sa «han gråter, hvor er kameramannen?» fortalte Read nylig i en podcast fra Universitetet i Oslo.

– Jeg var ikke klar over det selv, men jeg gråt av glede.

– Styggfort

Som ved sensasjonelle nyheter flest var det stor ståhei i mediene da funnet ble offentliggjort. Men så ble det stille.

Da blitslampene var sluknet og konfettien hadde lagt seg, tok fysikerne fatt på den virkelig store oppgaven: Å undersøke denne nye partikkelen som hadde dukket opp.

Og vips! Så gikk det ti år.

– Tiden har gått styggfort! Men vi har brukt den godt, med det utstyret vi har i dag, sier Read til forskning.no.

Han forteller at forskerne har brukt tiden siden 2012 til å lage så mange higgspartikler som mulig.

Peter Higgs betrakter maskinen som fant partikkelen han spådde flere tiår før.
Peter Higgs betrakter maskinen som fant partikkelen han spådde flere tiår før.

Kjedelig og spennende

Higgspartiklene er svært ustabile. I løpet av langt under en trilliondel av et sekund har de gått i stykker. De henfaller og blir til andre partikler. Men hvilke partikler de henfaller til, forteller oss mye om selve higgspartikkelen.

På denne måten er det mulig å studere higgspartikkelens egenskaper.

Så hva har forskerne funnet ut? Var higgspartikkelen like interessant som fysikerne trodde, eller har de fått seg en skuffelse?

Vel.

Spør du fysikere om de tror en ting er slik eller sånn, kan du risikere at de svarer: Begge deler.

Denne saken er intet unntak:

Higgspartikkelen viste seg å være skikkelig kjedelig. Og det gjør fysikken mer spennende enn noen gang, forteller Read.

Stemmer på en prikk

Etter ti år med intens forskning vet vi med stor nøyaktighet hvor stor masse partikkelen har. Og det gjør igjen at higgspartikkelen kan fortelle oss mer om Standardmodellen, sier Read.

Standardmodellen forteller nemlig hvordan higgspartikkelen bør oppføre seg.

– Den enkleste modellen for higgspartikkelen i Standardmodellen er veldig spesifikk på forholdet mellom massen til partikkelen og hvor ofte den henfaller til ulike andre partikler, sier Read.

Det betyr igjen at forskerne kan undersøke higgspartiklenes henfall og dermed finne ut om Standardmodellens spådommer er riktige.

Til nå har forutsigelsene stemt på en prikk.

Partikkelen oppfører seg altså nøyaktig slik den skal og bekrefter dermed at Standardmodellen stemmer med virkeligheten.

Det skulle man jo tro at fysikerne jublet for.

Men i virkeligheten er det motsatt. Alle hadde nemlig håpet på at noe ikke skulle stemme.

Det må nemlig være noe mer.

Dette er en framstilling av den første higgspartikkelen som ble funnet med CMS-detektoren i LHC ved CERN, i mai 2012. I midten ser du treffpunktet hvor to partikler krasjer sammen. De ulike strekene og fargeflekkene representerer ulike partikler som spruter ut fra kollisjonspunktet. Mønsteret vitner om at smellet skapte en higgspartikkel.
Dette er en framstilling av den første higgspartikkelen som ble funnet med CMS-detektoren i LHC ved CERN, i mai 2012. I midten ser du treffpunktet hvor to partikler krasjer sammen. De ulike strekene og fargeflekkene representerer ulike partikler som spruter ut fra kollisjonspunktet. Mønsteret vitner om at smellet skapte en higgspartikkel.

Forteller ingenting om mørk materie

Standardmodellen er trolig den mest solide vitenskapelige modellen vi har. Der Standardmodellen forteller noe om universet, har den forbløffende ofte rett.

Problemet er bare at det er en hel del den ikke sier noe om.

Standardmodellen forteller for eksempel ikke et pip om hva mørk materie eller mørk energi er. Men utallige målinger fra verdensrommet viser at nettopp mørk materie og mørk energi trolig utgjør 95 prosent av universet.

Modellen forteller oss heller ikke hvor det er blitt av all antimaterien som burde finnes.

Antimaterie er et slags vrengebilde av materie – altså det synlige stoffet i universet. Alt vi vet om fysikk tilsier at verdensrommet burde inneholde like mye antimaterie som materie. Men forskerne finner ikke filla, noe sted.

Oppfører seg som forventet

Dessuten er ikke absolutt alle spådommene i Standardmodellen helt riktig. Et eksempel er beregningene av hvilken masse Higgspartikkelen bør ha. Der er modellen fullstendig på jordet.

– Ifølge Standardmodellen skulle partikkelen vært 1.000.000.000.000.000 ganger mer massiv enn den observerte partikkelen er, sier professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.

Vi trenger altså noe mer, for å forklare alt dette. Og forskerne hadde håpet at undersøkelsene av andre egenskaper ved higgspartikkelen skulle avsløre noen hint om hva dette kunne bestå i.

Dersom partikkelen hadde oppført seg på en annen måte enn forventet, ville det gitt opplagte tråder å nøste i.

Men den gang ei.

Professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.
Professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.

Ingen kart

– Higgs har blitt mer og mer kjedelig. Jo mer vi måler, jo mer ligner det på den enkleste versjonen av Standardmodellen, sier Read.

Og akkurat det forandrer veien forover i fysikken.

Helt siden begynnelsen av 1900-tallet har partikkelfysikerne hatt en ide om hva de lette etter. Et slags grovt kart over terrenget framover.

Den teoretiske fysikken, som Einsteins relativitetsteorier og hypotesen om higgsfeltet, har spådd om mye av det vi kunne forvente å finne med de store partikkelakseleratorene våre.

Den enorme akselerator-ringen LHC ved CERN ble for eksempel bygd nettopp med planer om å finne higgspartikkelen.

Men nå slutter kartet.

– Jeg synes det er mer spennende nå enn det var før vi fant higgspartikkelen, sier Read.

– Da så vi etter én ting – en manglende brikke. Men nå aner vi ikke hva som kommer, eller hvilken retning vi skal.

Noe helt nytt

Det høres unektelig spennende ut å måtte begi seg ut i de store hvite områdene på fysikk-kartet. Men også en smule skummelt og forvirrende.

Professor Steinar Stapnes, Universitetet i Oslo.
Professor Steinar Stapnes, Universitetet i Oslo.

Noen fysikere er kanskje bitte litt bekymret for at det ikke er mer å finne, med den typen redskap vi vet om i dag.

– Men det er håp i mer data og analyser, sier professor Steinar Stapnes ved Universitetet i Oslo.

For higgspartikkelen er langt fra ferdig utforsket. Fysikerne skal gjøre eksperimenter med den i partikkelakseleratoren ved CERN i flere år framover. De kommer til å generere mye data som kan skjule avvik og hint om terrenget foran oss.

– Vi har ennå bare fått inn mellom fem og ti prosent av dataene vi kommer til å få fra CERN innen 2038, da de siste eksperimentene derfra skal være ferdige, sier Read.

Og selv etter det er ikke løpet kjørt.

Det mulig å bygge enda kraftigere akseleratorer, som kan komme med nye avsløringer. Kanskje dukker det opp flere partikler? Det spår i hvert fall tilhengerne av en annen vill ide ved navn supersymmetri.

Men det er også mulig at partikkelfysikkens framtid ligger et helt annet sted.

Kanskje finnes forklaringen på mørk energi og den forsvunne antimaterien i et helt nytt lag av fysikk som vi ennå ikke aner eksisterer?

– Det er ikke helt usannsynlig, sier Read.

Vi vil gjerne høre fra deg!

TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om noe vi bør skrive om?

Powered by Labrador CMS