Av Are Raklev

Den store dagen er omsider her. Ikke juleaften altså, men for en Higgsjeger er dette kanskje årets beste gave: de to store LHC-eksperimentene ATLAS og CMS presenterer resultatene av årets Higgsfangst. CERN Council, CERNs øverste styre med representanter fra alle medlemslandene som betaler regningen, Norge inkludert, møtes denne uken på CERN for å gjøre opp status for året som er gått, både økonomisk og vitenskapelig. Da er det naturlig at eksperimentene forteller hva skattebetalerne har fått for pengene, og kl. 14.00 i dag (tirsdag) gikk Fabiola Gianotti (talskvinne for ATLAS) og Guido Tonelli (ditto for CMS), på scenen i hovedauditoriumet på CERN for å avsløre hva de har funnet.

Før jeg kommer til saken: det har været et renn av rykter hele den siste uken om at noe stort er på gang. Vanligvis sindige fysikerer har formelig sitret av spenning. Innen de to eksperimentene har man selvfølgelig kjent til sine egne resultater, men, på grunn av den forsiktighet som råder omkring det å gå ut offentlig med konklusjoner før man har kvalitetssikret alle resultater innad, ikke hva det andre eksperimentet egentlig ser. Det er altså ikke bare teoretikere som meg som har ventet lettere perturbert på hva eksperimentene vil fortelle, de har sannelig ventet i spenning selv også.

Heldigvis har Alex forklart det særdeles vanskelige temaet brasilplott i sin forrige blogg. Dersom du trenger en oppfriskning, eller er helt ny på denne bloggen, så kan du også ta en titt på ATLAS sin egen pedagogiske forklaring. Derfor, til saken, selve toppen på kransekaka, ertesuppe osv., hva ATLAS og CMS har funnet, vist i brasilplottene i Figur 1 og Figur 2.

Kort forklart: Higgsbosonet i Standardmodellen (om det finnes) er nå tvunget til å ligge i et snevert område hvor massen er mellom 115 GeV (gigaelektronvolt) og 127 GeV. Dette er det eneste området hvor den sorte heltrukne linjen med dotter (målingen) ligger over den røde (forutsigelsen for Higgs i Standardmodellen) for begge eksperimentene. Og, her kommer årsaken til sitringen, for masser i området 124-126 GeV stemmer ikke lenger forventningen til hvordan de eksperimentelle resultatene skal se ut dersom det ikke finnes noen Higgs med målingene som er gjort. Dette vises som et område hvor den sorte linjen forlater brasilfargene og henger igjen over. Altså, det finnes kollisjoner ved LHC som vanskelig lar seg forklare dersom det ikke finnes en Higgs rundt denne massen.

Hvor sikkert er det at det faktisk er Higgs vi ser? Eksperimentene har eksperter på statistikk som min medblogger Alex, som regner på sannsynligheten. Fordi man ikke har rukket å kombinere resultatene fra de to eksperimentene er det vanskelig å gi et definitivt svar, men sannsynligheten for at signalet bare skyldes en statistisk fluktuasjon, dvs. at så mange uspennende kollisjoner tilfeldigvis så ut som en Higgs, er mindre enn 5%. Likevel, en liten advarsel: dette tar ikke hensyn til eventuelle (systematiske) feil man gjør når man forsøker å forutsi hvordan de uspennende kollisjonene, den såkalte bakgrunnen, oppfører seg.

En ting som gjør oss sikrere på at dette virkelig er en banebrytende oppdagelse er at man ser hint av det samme signalet med tre forskjellige analysemetoder, og i både ATLAS og CMS eksperimentet. Dette redusere risken for systematiske feil betraktelig, fordi disse feilkildene er forskjellige for forskjellige analyser.

For meg selv sier magefølelsen at dette nok er Higgs. Resultatene fra ATLAS og CMS ser rett og slett ut som hva vi ville forvente av en Higgs. Og akkurat den følelsen tror jeg at jeg deler med de aller fleste som er involvert i jakten på Higgs-bosonet.

Når LHC starter å ta data igjen i mars (strømmen er for dyr om vinteren) så vil man akselerere farten på datatagningen, og i løpet av 2012 vil vi ha nok data til å vite sikkert om vi har funnet en ny partikkel. Er vi ferdig med Higgs da? Er det bare å pakke sammen for oss Higgsjegerne og finne på noe annet? Nei. Spørsmålet er om det vi har funnet virkelig har egenskapene til Higgspartikkelen i Standardmodellen? Det finnes en mengde modeller som har Higgs-partikler, eller Higgs-lignende partikler, men med andre egenskaper. Ikke minst finnes det mange modeller som har flere Higgs-bosoner.

For å finne ut av dette regner vi med at eksperimentene må bruke flere år på å måle alle egenskapene til den nye partikkelen. Og det er allerede noe tilsynelatende pussig med vår lille hump i brasilplottene: det er litt for mange kollisjoner som ser ut som en Higgs, sammenlignet med det vi forventer i Standardmodellen. Dette kan være det første sporet av noe dypt revolusjonerende som leder til svaret på andre mysterier, slik som hva mørk materie er eller hvorfor det finnes mere materie enn anti-materie i Universet, eller det kan vise seg å være en av disse statistiske fluktuasjonene. Som Rudolf Blodstrupmoen sier: “Time will show!”.