- Higgs kan være nøkkelhullet inn til den mørke siden av universet

Higgspartikkelen kan kanskje løse flere mysterier, ifølge amerikansk fysiker.

Publisert
Figuren viser kollisjonen mellom to protoner i ATLAS-detektoren til Large Hadron Collider-partikkelakseleratoren som påviste Higgspartikkelen. De grønne og gule strekene indikerer fotoner som oppstod i kollisjonen. (Foto: (Figur:CERN, Creative Commons))
Figuren viser kollisjonen mellom to protoner i ATLAS-detektoren til Large Hadron Collider-partikkelakseleratoren som påviste Higgspartikkelen. De grønne og gule strekene indikerer fotoner som oppstod i kollisjonen. (Foto: (Figur:CERN, Creative Commons))

ESOF 2014

forskning.nos journalist Arnfinn Christensen rapporterer fra forskerkonferansen Euroscience Open Forum 2014, som arrangeres 21. - 26. juni  i København.

- Higgspartikkelen er mer enn en byggekloss i fysikernes teoretiske standardmodell. Den er den første elementærpartikkelen av sitt slag, ulik alt annet vi har oppdaget, sa Jonathan Bagger.

Han er partikkelfysiker ved John Hopkins University i USA. Her på forskerkongressen ESOF 2014 i København fortalte han om noen av de neste store utfordringene i vår forståelse av universet.

Et hav av higgs

Higgspartikkelen ble første gang beskrevet som en teoretisk mulighet for 50 år siden, men først påvist sommeren 2012 i verdens største partikkelakselerator Large Hadron Collider (LHC) i Genéve.

Higgspartikkelen bekrefter at higgsfeltet eksisterer. Dette feltet forklarer hvorfor mange partikler i universet har masse.

- Higgspartikkelen fyller tiden og rommet. Vi lever i et hav av higgspartikler. Uten higgspartiklene ville ikke universet og livet finnes, sa Bagger.

Standardmodellen vakler

Jonathan Bagger. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no)
Jonathan Bagger. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no)

Men higgspartikkelen peker også ut over seg selv. Med higgs som utgangspunkt kan fysikerne gjøre forutsigelser og teste standardteorien.

- Ironisk nok er det slik at samme tiår som standardmodellen blir komplett, så avsløres det foran våre øyne at standardmodellen ikke er nok til å forklare det vi ser, fortsatte Bagger.

Han trakk fram nøytrinoene som ett eksempel. Disse partiklene produseres i enorme mengder blant annet i eksploderende stjerner og i sola.

Hvert sekund passerer 100 milliarder neutrinoer gjennom din tommelfingernegl uten å etterlate noen spor. Nøytrinoer reagerer svært sjelden med vanlig materie.

Nøytrino-mysteriet

- Ifølge standardmodellen skulle nøytrinoene være uten masse. Eksperimenter viser at de har en liten masse. Dessuten kommer det bare halvparten så mange nøytrinoer fra sola som modellen tilsier, sa Bagger.

Nøytrinoer er derfor ett av satsingsområdene innen partikkelfysikken nå. Men fordi nøytrinoene gjør så lite av seg, er de svært vanskelige å påvise.

Flere nye, store anlegg for å fravriste nøytrinoene deres hemmeligheter er oppført og andre planlegges, for eksempel Long Baseline Neutrino Experiment i USA.

De fleste av dem ligger under vann eller langt under jorda, for eksempel det kanadiske SNOLAB-eksperimentet i en nedlagt nikkelgruve, to kilometer under jorda. Her har fysikerne innredet et stort renrom med detektorer.

Her nede blir annen kosmisk stråling stoppet av fjellet. De aller fleste nøytrinoene passerer derimot gjennom jorda som lysstråler gjennom en glasskule.

Bare en sjelden, sjelden gang reagerer de med detektorene til forskerne. Likevel er det nok til at forskerne lærer mer om dem.

- Nøytrinoene lager et stort hull i standardmodellen, sa Bagger.

Den japanske nøytrino-detektoren Super-Kamiokande inneholder 50 millioner liter vann. De runde objektene er lysdetektorene som registrerer lysglimt etter sjeldne nøytrinokollisjoner. I midten seiler et par teknikere rundt i en gummibåt. (Foto: Kamioka Observatory)
Den japanske nøytrino-detektoren Super-Kamiokande inneholder 50 millioner liter vann. De runde objektene er lysdetektorene som registrerer lysglimt etter sjeldne nøytrinokollisjoner. I midten seiler et par teknikere rundt i en gummibåt. (Foto: Kamioka Observatory)

Mørk materie

Det er ikke bare nøytrinoene som er vanskelige å påvise. Den mystiske mørke materien er enda mer sky.

Faktisk er den så vanskelig å påvise, at forskerne ennå ikke har det ennå, sier Bagger til forskning.no.

Det er trolig fem ganger så mye mørk materie i universet som den vanlige materien vi og jorda er laget av.

Det eneste de har sett av den mørke materien, er indirekte virkninger på vanlig materie.

Kolliderende galakser

Det røde området i midten viser røntgenstråling fra to kolliderende galaksehoper, fotografert med romteleskopet Chandra. Vanlig materie ble bremset opp i kollisjonen (rødt), mens den mørke materien fortsatte tvers gjennom, upåvirket (blått). Den mørke materien er tegnet inn i fotografiet, da den ikke kunne påvises direkte, bare måles ut fra hvordan tyngdekreftene deres avbøyde lysstråler fra galaksene. (Foto: NASA/CXC/M. Weiss)
Det røde området i midten viser røntgenstråling fra to kolliderende galaksehoper, fotografert med romteleskopet Chandra. Vanlig materie ble bremset opp i kollisjonen (rødt), mens den mørke materien fortsatte tvers gjennom, upåvirket (blått). Den mørke materien er tegnet inn i fotografiet, da den ikke kunne påvises direkte, bare måles ut fra hvordan tyngdekreftene deres avbøyde lysstråler fra galaksene. (Foto: NASA/CXC/M. Weiss)

Det sikreste beviset på at mørk materie finnes, er to enormt fjerne kolliderende grupper av melkeveisystemer, galakser.

Når galaksene kolliderer, vil vanlig materie sende ut  intens røntgenstråling, og materien vil bli bremset opp. Dette har romteleskopet Chandra tatt bilde av.

Men den mørke materien er som nøytrinoene – reagerer ikke med omgivelsene. Derfor passerer den bare tvers gjennom kollisjonsområdet, nesten helt upåvirket.

Chandra-teleskopet kan ikke se den mørke materien direkte. Men det kan se hvordan tyngdefeltet fra den mørke materien avbøyer røntgenstrålene.

Dermed har forskerne kunnet rekonstruere skyene av mørk materie som fortsetter uforstyrret videre ut hver til sin side etter kollisjonen.

Universet kan falle fra hverandre

- Den mørke materien finnes ikke i standardmodellen, så hva er den egentlig? Vi skulle like å kunne påvise den her på jorda. La oss finne den! oppfordrer Bagger.

Han tror også at løsningen på mysteriet med den mørke materien kan finnes i egenskapene til higgspartikkelen.

Det viser seg at massen til higgs påvirker framtida til universet. Med den massen higgspartikkelen har, er universet metastabilt, forteller Bagger.

Det betyr at små variasjoner der partikler oppstår og går til grunne i et sydende hav av ingenting, til slutt kan ødelegge det tomme rommet.

Det betyr at universet vil falle fra hverandre. Kanskje vil ny fysikk finne ut hvorfor dette likevel ikke skjer.

Kanskje vil nye teorier stabilisere higgspartikkelen og mørk materie samtidig? I så fall er problemet løst, ifølge Bagger.

- Higgspartikkelen kan være et nøkkelhull for å se gjennom til et annet univers, sier han.