Ser konturene av Higgs

Det amerikanske fysikksenteret Fermilab har skvist ut data som tyder på at Higgs kan være lettere i masse enn mange har trodd. Jakten på "The God particle" tilspisser seg.

Publisert

Hvem skal finnet det etterlengtede Higgs-bosonet først; European Organization for Nuclear Research (CERN)sin  kjempemaskin Large Hadron Collider eller amerikanske Fermilabs gamle traver, Tevatron?

Fermilab har klart å snevre inn muligheten for hvor tung partikkelen kan være - det er viktig for at forskerne skal vite hva de leter etter. Den nye vekta ble presentert på en konferanse for høyenergifysikk i Paris i forrige uke.

Partikkelen befinner seg antakeligvis ikke i det øverste vektskiktet som forskerne har vært åpne for, ifølge det amerikanske forskningssenteret.

- Vi er nær ved å kunne utelukke at Higgs’ boson har en høy masse, sa en av talspersonene for Fermilab-samarbeidet, Dmitri Denisov på konferansen.

Hvor tung er Higgs? Det røde feltet viser hvilken masse Fermilab mener Higgs IKKE kan ha. (Kilde: Fermilab)
Hvor tung er Higgs? Det røde feltet viser hvilken masse Fermilab mener Higgs IKKE kan ha. (Kilde: Fermilab)

Størrelsen teller

At Higgs-bosonet finnes er avgjørende for at forskernes beskrivelse av universets byggesteiner og kreftene mellom dem, skal holde vann.

Les mer om hva forskning.no har skrevet om Higgs-bosonet.

Hvis de finner den lille partikkelen, er det et bevis for at det finnes et felt, Higgsfeltet, som gjør at de andre byggesteinene kan ha en masse. Dette vil bekrefte den såkalte Standardmodellen.

Det er altså ikke noen overflødig tullepartikkel vi snakker om. Derfor er Fermilab og CERN så elleville etter å lete etter den, og de gjør det ved å sende to stråler med partikler mot hverandre i en akselerator, for å se etter spor fra Higgs i kræsjrestene.

Hvor høy masse Higgs har, vil ha betydning for hvilke restpartikler som dannes når den forsvinner, bare milliondelssekundet etter kollisjonen.

Restene, eller henfallsproduktene, fungerer som et slags fingeravtrykk som akseleratorenes detektorer registrerer.

Da må de kloke hodene, som Bjørn Samset og kollegaene ved Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo, sitte klare med matteunnskapene sine, og regne seg tilbake til hva som har vært der. Slik håper de også å finne Higgs.

Tror Higgs har lav masse

Partikkelfysiker og CERN-forsker Samset tror nå at massen til Higgs ligger helt ned mot minimum av det forskerne har regnet ut, som er 114 gigavoltelektron (GeV/c2).

- Nå har Fermilab utelukket alt fra 158 til 175 gigavoltelektron. I størrelsene over det har vi lett, og der er den nok ikke. Mest sannsynlig har Higgs en masse på mellom 115 og 120 GeV/c2, sier Samset til forskning.no.

Hvis det viser seg at Higgs har ganske lav masse, gir det et hint om hvilke partikler som vil ligge igjen i kjølvannet etter Higgs etter en kollisjon.

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

Forskerne har allerede sett seg ut den tyngste av de seks kvarkene som er med i regnestykket til Standardmodellen, som en slik mulig Higgs-formidler.

Kvarker er sammen med leptoner de minste byggeklossene vi kjenner til i naturen i dag.

Hjelp fra toppkvarken?

Forskerne tror at Higgs-bosonet kan komme til å avdekkes i relasjon til den store toppkvarken, som har omtrent like høy masse som kjernen til et gullatom.

- Det er svær kvark dette her, og hvis Higgs er der og følger teorien vi forutser, liker den å knuses til mest mulig massive partikler, forteller Bjørn Samset.

- Det er derfor vi regner med at den vil forekomme oftest i sammenheng med toppkvarken og bunnkvarken, fordi de har høyest masse, sier han.

Hvis Higgs viser seg å være enn lettvekter, vil den selv kunne være et av henfallsproduktene av toppkvarken og bunnkvarken.

- Hvis Higgs derimot likevel skulle vise seg å ha større masse enn toppkvarken, kan det hende det derimot er toppkvarken og bunnkvarken som blir henfallsmateriale fra Higgs, sier Samset.

- Nydelige bilder fra kollisjonen

Problemet er at heller ikke toppkvarken er noen ekshibisjonist - den hopper ikke akkurat opp i fjeset på forskerne.

Tevatron klarte å produsere en toppkvark til alles begeistring første gang i 1995, og dette er hittil det eneste stedet mennesket noen gang har sett den.

Men i løpet av det siste halvårets susing av partikkelstråler gjennom Large Hadron Collider, har den europeiske kjempen produsert 15 mulige toppkvarkpar - de dannes alltid i par som er speilbilder av hverandre.

Funnene har forskerne ved CERN presentert på konferanser i sommer.

- Både Atlas og CMS, som er to store detektorer på LHC-ringen, har pene bilder av sporene etter mulige toppkvarker, og CMS har et som er spesielt flott. Bare det å se røyken etter toppkvarken her er stort, sier Samset.

Detektoren ATLAS ved CERN. (Foto: Cern)
Detektoren ATLAS ved CERN. (Foto: Cern)

Kollisjonsfesten fortsetter hos LHC

Det siste året har den digre europeiske partikkeltunnelen hatt kollisjoner i den store sirkelformede tunnelen siden mars, og dataene fosser inn, ifølge Samset.

Han tror likevel ikke at LHC vil kunne finne Higgs med det første, men at det kan ta to-tre år før de er i stand til å analysere seg fram til den.

I mellomtiden produserer partikkelakseleratoren på grensen mellom Sveits og Frankrike flere data enn noen gang, og fysikere fra hele verden følger nøye med.

- Vi har skrudd opp intensiteten og dermed doblet datasettet hver uke. Plutselig kommer det en kjøring som har like mye data som vi har hatt i løpet av hele året, sier Samset til forskning.no.

Kilder:

Fermilab experiments narrow allowed mass range for Higgs boson. Pressemelding fra Fermilab, 26.juli 2010

LHC closes in om massive particle. BBC News 23.juli 2010