Higgs-kappløpet fortsetter

Både amerikanske Fermilab og europeiske CERN kommer stadig nærmere den hemmelighetsfulle Higgs-partikkelen. 

Publisert
"Blir dette åstedet for Higgs' første opptreden? Langs denne linja går den 27km lange partikkelakseleratoren, Large Hadron Collider, omtrent 100 meter under jorda. (Foto: CERN)"
"Blir dette åstedet for Higgs' første opptreden? Langs denne linja går den 27km lange partikkelakseleratoren, Large Hadron Collider, omtrent 100 meter under jorda. (Foto: CERN)"

Standardmodellen

Standardmodellen forklarer hvordan alt i universet ser ut til å være bygget opp at tolv grunnleggende byggeklosser - seks kvarker og seks leptoner.

Ifølge modellen samhandler disse ved hjelp av kraftbærende partikler som kalles bosoner.

Higgspartikkelen er et boson som forskerne fremdeles leter etter for å få bekreftet at modellen er riktig - en manglende brikke.

Men Standardmodellen kan antakeligvis ikke forklare hele bildet, og forskerne leter etter fysikk som går utenom modellen, og som kanskje vil lede dem til en mer elegant “Teori om alt”. 

Kilde CERN og Fermilab

Large Hadron Collider

Sirkelformet akseleratortunnel med 27 km omkrets.

Laboratorium ved Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN) like uten for Genève, på den sveitsisk-franske grensa.

Protoner suste gjennom akseleratoren for første gang i 2008.

Akseleratoren har seks detektorer som registrerer partikkelkollisjoner.

Kilde: Wikipedia

Tevatron

Sirkelformet akseleratortunnel med 6,2 km omkrets.

Akseleratoren sto ferdig i 1983, ved forskningssenteret Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) utenfor Chicago.

I likhet med LHC sender den partikkelstråler i hver sin retning i denne tunnelen, og lar dem kollidere på visse møtepunkter.

I 1995 var Tevatron først ute til å produsere en toppkvark - en viktig slik byggekloss i Standardmodellen for universet.

Kilde: Wikipedia og Bjørn Samset
 

Med Higgs-partikkelen forventer fysikerne å finne ut om standardmodellen for universets byggeklosser holder vann. Dette er den etablerte teorien for vekselvirkningene mellom partiklene (se faktaboks).

- Large Hadron Collider og Tevatron er litt som haren og skilpadda, sier fysiker og CERN-forsker Bjørn Samset fra Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo.

Det pågår et intenst kappløp mellom den nye europeiske gigantakseleratoren Large Hadron Collider og amerikanernes 20 år eldre traver, Tevatron ved instituttet Fermilab.

Målet er å finne Higgs-partikkelen - partikkelfysikkens hellige gral. Den har også blitt kalt ‘The God particle’, og hvis den finnes bekrefter den dagens forståelse av hvordan universets minste biter henger sammen.

Ikke rart det investeres millarder både i det europeiske og det amerikanske samarbeidet - men vinner haren eller skilpadda?

- Brikken som må på plass

Den britiske fysikeren Peter Higgs var blant fysikerne som i 1964 foreslo at det måtte finnes et felt som brer seg gjennom universet, slik atmosfæren brer seg rundt jorda.

Teorien går ut på at feltet, som raskt ble kalt opp etter ham, holder planeter, atomer og stjerner sammen i limingen og forhindrer at universet sklir sammen i en grøt.

"Bjørn Samset. (Foto: Universitetet i Oslo)"
"Bjørn Samset. (Foto: Universitetet i Oslo)"

På samme måte som vi kan se atmosfæren ved at det kan dukke opp en tornado, kan Higgsfeltet oppdages ved at det kan dukke opp en partikkel - higgspartikkelen, forklarer Bjørn Samset.

Standardmodellen ser ut til å stemme med alt forskerne tester ut, men bidrar ikke med svar på hvorfor noen partikler har masse og andre ikke. Med higgsfeltet med i beregningen stemmer regnestykket.

Ørsmå spor i knallsterke maskiner

Siden 1964 har forskerne altså lett etter bevis for at higgsfeltet eksisterer, slik at standardmodellen kan gå opp.

Det gjør de ved å kollidere stråler av partikler i sirkelformede store akseleratorer som Tevatron og LHC, for så å studere vrakrestene av kollisjonene.

Les mer om Higgs-partikkelen på forskning.no, og les portrettintervju med 81-årige Peter Higgs på avisa The Guardians nettsider.

"Illustrasjonen viser hvordan Higgs, hvis den finnes, forholder seg til kvarkene, leptonene og bosonene i standardmodellen. (Kilde: Fermilab)"
"Illustrasjonen viser hvordan Higgs, hvis den finnes, forholder seg til kvarkene, leptonene og bosonene i standardmodellen. (Kilde: Fermilab)"

Skipadde og hare i tett spurt

Den 6,8 km lange sirkelformede Tevatron har ikke ubegrenset tid å finne Higgs-partikkelen. Etter planen skal akseleratoren gå av med pensjon i 2014.

- Men det har kommet mye fantastisk fysikk ut av Tevatron, sier Samset, og trekker fram den gangen i 1995 da Tevatron klarte å produsere en toppkvark - den tyngste av kvarkene som antakeligvis står i nær relasjon til Higgs.

Etter nye resultater å dømme, ser det nå også ut til at den større og mer moderne LHC også har klart å produsere slike toppkvarker. Dermed har også CERN økt sjansene for å skimte den mystiske lille partikkelen.

Samset er sikker på at i motsetning til utfallet i eventyret, kommer haren til danke ut den amerikanske skilpadda før eller seinere.

- Skilpadda gjør et kjempegodt løp, og nå forstår de maskinen sin veldig godt der borte. Men så har du LHC med tusenvis av mennesker som kan ta innspurten, sier han til forskning.no.

Nye funn gir fordel til CERN?

Hovedforskjellen er at LHC har mer energi enn Fermilab, og at den kolliderer flere partikler per sekund. Begge deler kan gi fordeler til LHC, tror Samset.

Nye analyser som Fermilab har gjort av kollisjonene i Tevatron tyder på at Higgs har relativt lav masse. Det kan også styrke sjansjene for at LHC finner den først.

- Jo lettere den er, jo mer sannsynlig er det at Fermilab har spor av den i bildesettet de allerede har. Men så er det samtidig sånn at Fermilab har vanskeligere for å se de lette partiklene enn de tunge.

- Totalt er det best for Fermilab at Higgs er mellomtung - men det har de allerede avgjort at den ikke er, sier Samset til forskning.no.

Samtidig hevder det amerikanske fysikklaboratoriet nå at de vil kunne klare å oppdage enhver masse Higgs måtte ha, hvis de bare får holde liv i gamle Tevatron i 4-5 år til.

Fermilab med Tevatron avmerket, fra lufta. (Kilde: Fermilab)
Fermilab med Tevatron avmerket, fra lufta. (Kilde: Fermilab)

 

Ulike spesialtiteter

- LHC er en bedre maskin, men så er den også 20 år yngre. Forskerne ved Fermilab håper nok at de skal finne Higgs først. Det er litt vennskapelig konkurranse her, sier Samset.

Den norske CERN-forskeren vil uansett slå hælene i taket dersom Higgs-partikkelen glimter fram for første gang, men kanskje med litt blandede følelser dersom det skjer på den andre siden av Atlanteren.

- Altså, amerikanske Fermilab oppdaget toppkvarken i 1995, så de har liksom fått sitt. Men skulle de finne Higgs, er det nesten sånn at det er fortjent, sier han.

- Dessuten har LHC mye den skal oppdage og studere. Å oppdage Higgs er én ting, men å studere den grundig – det er der fysikken ligger, og her er LHC best, sier Samset.

Morsommere med ukjent løsning?

Mange vet ikke at fysikeren som er opphavet til uttrykket “The God particle”, Leon Lederman,  i virkeligheten ville kalle den “That God damn particle” fordi den er så lite håndfast, men likefullt så viktig for at Standardmodellen skal gå opp.

Hvis dagen kommer da den dukker opp som et neonfarget stjerneskudd på enten Tevatron- eller LHC-forskernes dataskjermer, vanker det antakeligvis en nobelpris på 81-åringen Peter Higgs og de belgiske fysikerne Robert Brout og François Englert.

Ideen om et allestedsnærværende felt ble nemlig utviklet på tre forskjellige steder i løpet av noen få uker i 1964. Nå som jakten på Higgs tilspisser seg, går diskusjonen om også tre andre forskere, britiske Tom Kibble, og Gerald Guralnik og  Carl R. Hagen fra USA, også hadde fortjent prisen.

De publiserte sin idé like etter Brout og Englert, og Peter Higgs. Les mer om diskusjonen tidsskriftet Natures nettsider.

- Men utfallet leteaksjonen etter Higgs kan bli annerledes enn vi forventer oss - kanskje oppfører partikkelen seg på en annen måte enn vi tror, sier Bjørn Samset.

Da blir han ikke skuffet - snarere tvert i mot. Vi vet at Standardmodellen ikke er komplett, sier han. Selv etter at Higgs endelig har glitret på en kontrollskjerm for første gang.

- Litt av det spennende med en eventuell uventet løsning er at den kan peke ut litt av veien videre frem mot en forståelse av mørk materie, kanskje også gravitasjon en gang i fremtiden, sier han til forskning.no.