Hypotetisk partikkelkalender: 9. desember – W’ og Z’

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

W’ og Z’ – nye kraftpartikler som viser vei til ny fysikk?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Hvor mange kraftbærende partikler finnes det i naturen? Jo flere vi finner, jo mer spennende fysikk åpner vi muligheten for.

Vi sier i dag gjerne at det finnes fire naturkrefter: Tyngdekraften, elektromagnetisme, sterk og svak vekselvirkning. De to sistnevnte kalles også sterk og svak kjernekraft, siden det er i atomkjernen vi som regel ser dem. Tre av disse fire – alle untatt tyngdekraften – har vi klart å forstå som partikkelteorier, som vil si at vi når to ting påvirker hverandre via kraften så utveksler de egentlig partikler.

W’ uttales «dobbelt-v prime». Ingen bilder finnes enda, siden partikkelen kanskje ikke finnes. Dette bildet viser derfor i steden Optimus Prime, som finnes. Ihvertfall for alle oss som hadde Transformers som hovedhobby når vi var små.

Den svake vekselvirkningen, som for eksempel er ansvarlig for radioaktiv betastråling, virker ved at partiklene utveksler kraftpartiklene W og Z. Disse ble forutsagt da standardmodellen for partikkelfysikk ble bygget på 50- og 60-tallet, og oppdaget på 80-tallet. Både forutsigelsen og oppdagelsen ledet til Nobelpriser i fysikk. Det at de er tunge og ikke masseløse er dessuten et av de tydeligste eksemplene på at noe a´la Higgsmekanismen var nødvendig, og de er dermed koblet til hele diskusjonen rundt Higgspartikkelen også. Dessuten er det Z og hvordan den henfaller til andre partikler som sterkest antyder at det bare kan finnes tre generasjoner kvarker og leptoner. Ikke dårlig for to små partikler.

Men er det bare to av dem?

Faktisk er det fullt mulig i teorien å lage flere par av slike W- og Z-partikler. Standardmodellen slik den står i dag gir den enkleste muligheten, og inneholder bare de to partiklene vi alt har oppdaget. Disse er alt som trengs for å forklare kjent fysikk. Det viser seg imidlertid at veldig mange mulige utvidelser av standardmodellen – laget for å forsøke å forklare ulike typer ny fysikk, som vi til dels skal komme inn på senere i kalenderen – kan inneholde nettopp slike ekstra W- og Z-partikler.

Et første steg for å sjekke om noen av alle disse teoriene holder vann er dermed å lete etter det vi kaller W´ og Z´ – tyngre slektninger av de vi alt kjenner, omtrent som sjarmkvarken er en tyngre slektning av oppkvarken. Hvis vi finner dem, så kan vi eventuelt gjøre nøyaktige målinger av egenskapene deres for å skille mellom teoriene som forutsier dem. Metoden er enkel: Smell sammen partikler slik vi allerede gjør når vi skal studere W og Z, men med enda mer energi enn før, og håp at det dukker opp noe. Litt primitivt kanskje, men det er det beste vi har…

Per i dag har vi ikke sett noen tegn til slike partikler, men de to største eksperimentene ved LHC – ATLAS og CMS – har begge store forskningsgrupper som jobber med saken. Tiden – og mer data fra LHC – vil vise.

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-bilde

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

Facebookbilde

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

Google+-bilde

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

Kobler til %s