Hva ER nå denne Higgs-partikkelen?

Leon Ledermans bok "The God Particle", som skapte det rare navnet. Les lenger ned for å se hva boka egentlig skulle hete...

Higgs-bosonet. Gude-partikkelen. Fysikkens hellige gral og fortapte sønn. Lett etter med lys og lykte i flere tiår av noen av verdens beste fysikere – først med stor inspirasjon ved CERNs LEP-akselerator, deretter med stor selvtillit ved FermiLab i Chicago, og nå med dårlig skjult desperasjon ved LHC. Hva er det ved denne bittelille og nesten uforklarlige partikkelen som inspirerer til så stor bruk av arbeidskraft, tid og penger – og så absurd grandiose tilnavn?

Og ikke minst, hva er den for noe?

«Standardmodellen» – prikk-til-prikk uten tall

Naturvitere har siden filosofiens morgen lurt på hva “alt” er laget av. Ild, jord, luft og vann? Tall? Grunnstoffer? Spør du en fysiker i dag får du et kontant svar: Alt er laget av partikler, og alt vi vet om partikler er beskrevet i “standardmodellen for partikkelfysikk” – blant venner kalt bare SM.

Kan du gjette hva det er - uten å tegne strekene? Er du SIKKER på at du har gjettet rett?

Smak litt på navnet. SM er “standard”, som betyr at den er noe de aller fleste fysikere i dag tror på, og den er en “modell”. Dette siste betyr at den er et forsøk på å lage fornuft ut av en masse ting vi vet ved å gjette på noen sammenhenger. Det blir som en prikk-til-prikk-tegning uten tall på prikkene. Stoler du nok på hva du tror det er til å tegne opp bildet?

Standardmodellen tror vi i stor grad på. Vi har i snart 50 år har kunnet teste den. Ved å gjøre bedre og bedre eksperimenter har vi kunnet legge inn nye prikker, som så forteller oss om streken vi tegnet gikk på rett sted. Det er i dag ingen fysisk teori som er bedre sjekket, vridd og vendt på enn akkurat SM.

Standardmodellen anno 2011 sier at naturen er satt samen av et 20-talls partikler – kvarker og gluoner som til sammen blir atomkjerner, som i tur slår seg sammen med elektroner og fotoner for å danne atomer. Dessuten finnes det tyngre kvarker, tyngre elektron-slektninger, nesten usynlige nøytrinoer, og et par partikler som tilhører den svake kjernekraften.

Partiklene i Standardmodellen - her i plysj-utgave, fra http://www.particlezoo.net. Merk boksen nederst til venstre med "theoreticals", partikler vi ikke vet om finnes enda. Higgs er blant dem.

Noen av disse partiklene var med fra starten, og la på 60-tallet grunnlaget for SM – de var de første prikkene på tegningen. Andre har blitt forutsagt senere fordi linjene man trakk antydet både at det burde være flere prikker, og hvor de burde være. Så har man lett der, og i alle tilfeller funnet det man har lett etter. Nettopp slik skal en vitenskapelig teori oppføre seg – forutsigelser, eksperiment, styrking, ny forutsigelser ut fra dette igjen, og så videre.

Men!

Higgs – en prikk som burde vært der

I prikk-til-prikk’en som er tegnet av standardmodellen er det et hjørne som har plaget fysikere siden 1964. Det er et sted hvor det absolutt bør være en partikkel, men hvor vi ikke har funnet noen. Eller, litt mer nøyaktig: Vi kan få standardmodellen til å forutsi resultatene av eksperimenter, hvis vi bare antar at det finnes en ekstra partikkel der ute. Er den derimot ikke der, vel så går ikke teorien opp som den bør. I prikk-til-prikk-analogien: Det er et sted hvor mange, mange linjer møtes, og hvor det etter all estetisk sans bare være en prikk. I fysikken: Teorien sier egentlig at enkelte partikler ikke skal veie noe, noe de helt opplagt gjør når vi måler på dem. Denne nye partikkelen fikser det problemet, og får teorien til å forutsi fornuftige masser til dem. Men enn så lenge er den altså ikke der…

Denne manglende partikkelen – fysikkens bortkomne sønn, hellige gral og gude-partikkel, blant mange andre rare titler – er det som heter Higgs-bosonet, eller bare Higgs-partikkelen. Den utgjør altså et slags være eller ikke være for en fysisk teori som har gjort det fantastisk bra i femti år.

Det høres kanskje litt rart ut at en antakelse gjort for å få en teori til å «gå opp» skal få fysikere til å gå i spinn i lange tider. Grunnen er at det er sånn det har blitt gjort tidligere, og det med veldig stort hell. Flere kvarker har blitt funnet på akkurat denne måten. To andre partikler kalt W og Z ble sågar forutsagt ut fra samme teori som Higgspartikkelen – den såkalte elektrosvake teorien –  og de ble funnet akkurat der man forventet. Det ville derfor vært ganske så overraskende om Higgs-partikkelen ikke finnes.

Hvorfor så ekkel, lille partikkel?

Så hvorfor har vi da ikke funnet den? Det er to problemer:

I kraftige (men veldig små) kollisjoner mellom partikler brukes energi til å lage nye partikler. Her fra LHC ved CERN.

For det første: For å «finne» en partikkel må vi bygge et eksperiment som kan lage den. I dette tilfellet betyr det at vi må ha nok energi tilgjengelig til å kunne skape en Higgs. Vi har ingen Higgs, men kan bruke den berømte naturloven E=mc2 til å gjøre energi (E) om til masse (m) og dermed lage en. At vi ikke har sett den enda betyr delvis at vi bare ikke har hatt sterke nok eksperimenter til å få dette til. LHC, som i dag er i gang på CERN i Sveits, har derimot garantert nok, så dette problemet er egentlig løst.

For det andre: Vi vet mye om Higgspartikkelen, men en ting vi ikke vet er hvor tung den er. Som avsnittet over viser betyr det også at vi ikke vet akkurat hvor mye energi vi trenger for å lage den – eller hvor mye energi som dukker opp når en Higgs sprekker som et troll i solen og blir til røyk som vi kan oppdage. I prikk-til-prikk-analogien: Vi vet at det må være en prikk langt ute i hjørnet et sted, men ikke akkurat hvor. Da blir det vanskelig å trekke linjene nøyaktig. Dette var ikke tilfellene for kvarkene, W, Z og de andre som er funnet med denne metoden før. Higgs er spesielt vanskelig, spesielt sær – og dermed såklart også spesielt inspirerende å lete etter.

Alt dette har bidratt til å bygge legenden Higgs. Den er kalt fysikkens fortapte sønn fordi den er en kjær partikkel som vi gjerne vil finne, vår hellige gral fordi mange har viet livet sitt til den og fått letingen som et slags opphøyet mål – og «the god particle» (gude-partikkelen) fordi nobelprisvinner Leon Lederman ikke fikk lov av forlaget å kalle en bok om den for «the goddamn particle» (den pokkers partikkelen).

Hva er Higgs-partikkelen egentlig?

Den er…

–          …den eneste partikkelen som er forutsagt av standardmodellen som ikke er funnet i et eksperiment – enda

–          …noe som uunngåelig dukker opp i teorien når vi krever at andre partikler i standardmodellen skal ha en masse, slik vi måler at de har.

–          …en veldig viktig test av den mest suksessfulle fysikkteori som er laget hittil

Fysikere flest er litt beklemt over de fine og litt respektløse navnene, som stort sett er resultat av overivrig PR. Det har blitt foreslått å heller kalle den champagneflaske-partikkelen, noe de fleste fysikere støtter. Hvorfor?

For å forstå det – og det meste annet som blir for teknisk for denne artikkelen – anbefaler jeg bloggen til Higgsjegerne hos forskning.no.

To spørsmål melder seg alltid til slutt når man snakker om Higgs:

1)      Finner vi den? Det vet vi såklart ikke – naturen bestemmer selv hva som finnes og ikke. Men vi har veldig mange hint om at den fins, og i såfall har LHC alt som skal til for å gjøre oppdagelsen. Hintene sier dessuten at et resultat ikke er langt unna…

2)      Hva gjør vi hvis vi ikke finner den? Det finnes flere alternativer til standardmodellen som vi i så fall kan teste isteden – men det føles i dag ikke som om de passer fullt så godt med de prikkene vi alt har på arket. Men for all del – er ikke Higgs der så blir vi nødt til å viske ut alle strekene og trekke linjene på nytt. Og det er jo få ting fysikere liker bedre enn akkurat det…

Spennende spennende SPENNENDE!

Please?

LHC er nå bare måneder, uker eller kanskje dager fra å avgjøre spørsmålet: Finnes Higgspartikkelen? Uansett om svaret blir ja eller nei så er det en liten revolusjon innen partikkelfysikk. Overraskende store deler av verden venter i spenning på nytt om en bitteliten hellig gral…


Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s