fredag 4 oktober 2013

Higgsbosonen, bytesplats till okänt universum

Professor Paris Sphicas försöker att dra uppmärksamheten på pressträffen till vinnarna av 2013 års europeiska pris i högenergi och partikelfysik. Fel dag. Alla blickar är riktade mot den skröpliga farbrorn som sitter vid bordets ände. Peter Higgs, forskaren bakom teorin om Higgsbosonen, är 84 år gammal så det börjar bli bråttom om han ska hinna få nobelpriset. Higgs inbjudan att tala på den stora partikelfysikkonferensen EPS HEP i Stockholm ses som ett tecken att det är nära.

Partikelfysikens standardmodell beskriver elementarpartiklarna, de minsta beståndsdelarna. Materiens minsta beståndsdelar, fermionerna, påverkas av elektromagnetism samt av den starka och svaga kärnkraft (den binder ihop respektive splittrar atomkärnorna) som bosonerna överför. Standardmodellen kan inte beskriva hur gravitationen påverkar elementarpartiklarna, ännu saknas kunskap om hur en sådan "teori om allt" skulle se ut.

Ekvationerna i standardmodellen räknar alltså inte med att elementarpartiklar har massa. Fast utan massa skulle inte elektroner, protoner och neutroner kunna bilda atomer och utan materia så skulle inte någon av oss kunna finnas till. Higgs antog att det finns en mekanism i universum, något som konsekvent påverkar partiklarna så att de får massa. Den så kallade Higgsmekanismen skulle utsätta partiklarna för något som kan liknas vid friktion. Det startar en rörelse i det vakuum som partiklarna befinner sig i, ett avtryck som liknar ringar på vattnet efter att man kastat i en sten. I en detektor går det då att förutsäga hur mycket massa olika partiklar hade, som när man jämför vattenringarna från en stor sten med dem från en liten sten. Higgsbosonen borde vara vattenringens vågtopp, en partikel som när den sönderfaller bär över kraften från Higgsmekanismen till elementarpartiklarna.

Föredraget om hur Higgs tänkte år 1964 görs på overheadprojektor med handskrivna bilder. Det var länge sedan han var på vetenskapliga konferenser. ”Teorin kom till för att jag i Edinburgh och några andra excentriska personer i Bryssel samt vid Imperial College arbetade med något de andra forskarna tyckte var slöseri med tid”, säger Higgs. Det var nämligen flera forskare som uppfattat samma teori ungefär samtidigt, ”jag skickade först en artikel till Physics Letters där jag beskrev Higgsmekanismen. Den refuserades så jag skrev om och skickade till Physics Review Letters med en beskrivning av Higgsbosonen”. Physics Letters var den europeiska vetenskapliga tidskriften, Physics Review Letters den amerikanska. Higgs tanke slog igenom i USA och sedan i resten av världen. I lokalen på pressträffen sitter den belgiske fysikern François Englert och är butter över att all berömmelse för teorin gått till Higgs. Englert och hans bortgångna kollega Robert Brout skrev en artikel med liknande idéer, fast den antogs av Physics Letters och spreds därför främst i Europa. Higgs, Englert och Brout fick dela på Wolfpriset i fysik år 2004.

Det gällde att pröva teorin och hitta det unika avtrycket från Higgsbosonens massa. Den 4 juli 2012 meddelade CERN att experimenten i Large Hadron Collider gett starka bevis för att de hittat en Higgsboson, kanske till och med just den boson Higgs teoretiserat om. Fast säkra kunde de inte vara. Avtrycket från den hittade partikeln hade de flesta egenskaper som man trodde Higgsbosonen skulle ha, men inte alla. Den Higgsboson som hittades är mycket lättare än man trodde, bara hundra gånger tyngre än en proton.


Sedan dess har fler experiment gjorts. Hastigheten med vilken partikeln sönderfaller till elementarpartiklar överensstämmer statistiskt med Higgs teori. Alla partiklar har en egenskap som kallas för spinn, som berättar hur partikeln ser ut från olika synvinklar. Forskarna kom på att Higgsbosonen har noll i spinn, vilket är heltaligt precis som en boson ska ha, och ser därför likadan ut från alla håll. En fermion hade haft ett halvtaligt spinn. Om bosonen reflekteras i en spegel så skulle den se precis likadan ut i spegelbilden. Den har alltså bara storlek och inte någon riktning, den är skalär. Därför skulle ett mer neutralt namn vara skalärbosonen.

Higgs föreslog bara en sorts partikel. Andra forskare har teorier om att det kan finnas fler subatomära partiklar och ännu fler bosoner som påminner om Higgsbosonens tänkta egenskaper. Vissa av teorierna är supersymmetriska, att varje fermion hänger ihop med en boson och vice versa. Om den supersymmetrin finns kan den förklara den mörka materien och den mörka energin.

Det mesta av den materia och energi som finns i universum kan inte förklaras med standardmodellen. Mörk materia och mörk energi är alltså hypoteser om att det finns något som påverkar materia och energi indirekt. Vanliga atomer utgör omkring 4 procent av universums sammansättning, mörk energi utgör cirka 73 procent och mörk materia runt 23 procent. Det är alltså först nu som forskarna börjar att närma sig de riktigt stora frågorna. CERN byggs om för forskning på högenergi och öppnar igen 2015.

Läs även andra bloggares åsikter om , , , , , , ,

Intressant

En ny form för IMF och Världsbanken

Internationella valutafonden IMF och Världsbanken håller sitt vårmöte i Washington DC. Troligen ett av de svåraste sedan grundandet i B...