Av Are Raklev, fysiker på tur

I jakten på Higgs, eller kanskje det er rettere å si: jakten på nyheter om Higgs, er jeg kommet til Mumbai, India. Her arrangeres denne uken Lepton-Photon konferansen ved Tata Institute of Fundamental Research, som er det andre store møtet i år for oppdateringer fra LHC eksperimentene om Higgsresultater. Om du ble litt forvirret av overskriften var vel akkurat det meningen. Jeg skal forklare.

Jeg nevnte i en tidligere bloggpost at mengden data i et partikkelfysikkeksperiment vanligvis måles i såkalte “inverse barn”. Denne størrelsen kalles integrert luminositet. Se for deg en stråle med partikler, for LHC er det protoner, som lyser opp et mål. Luminositet er en måte å si hvor intens denne strålen er, og integrert luminositet er summen av luminositeten over tid. (For fysikere er det kanskje interessant å vite at enheten for luminositet her er antall partikler per kvadratcentimeter per sekund.)

Siden Higgs er et slikt eksotisk og sjeldent beist så behøves det mye data, eller høy (integrert) luminositet for å finne den. Jeg har lovet meg selv å ikke skrive så mange ligninger i denne bloggen, men nå kommer det faktisk en:

N = sigma * L

Denne sier at antall kollisjoner som produsere en Higgs, N, er lik tverrsnittet for Higgsproduksjon, sigma, ganget med (integrert) luminositet, L. Tverrsnittet for en prosess som Higgsproduksjon er noe vi teoretikere kan regne ut, på en god dag. Du kan tenke på tverrsnittet som størrelsen av en blink, og om du ganger den med den integrerte luminositeten får du altså antall “treff” som produserer et Higgsboson.

Det er her låven dukker opp. Tverrsnittet måler vi i antall “barn” (låve), hvor en barn er 10^-24 kvadratcentimeter, eller det du får om du deler en firkant med sider på en centimeter hele 1000 milliarder ganger hver vei. Ikke de helt store greiene altså, men opprinnelsen er en vits om at urankjernen er så stor som en låvevegg, og akkurat den låveveggen er altså omtrent 10^-24 kvadratcentimeter stor. Hvor “stort” er Higgsbosonet sett på denne måten? Omlag 10^-12 barn, eller en milliontedel av en milliontedel av en barn. Puh! Du begynner kanskje å få ett inntrykk av at denne Higgspartikkelen er litt vanskelig?

Resultatene som nettopp er presentert her på Lepton-Photon bygger på ca. 2 invers femtobarn, det dobbelte av datamengden eksperimentene hadde på EPS møtet i Grenoble for bare en måned siden. At de har doblet datamengden på en måned sier litt om hvor raskt LHC tar data nå, men hvor mange Higgsbosoner er det produsert da? Jo, et tverrsnitt på 10^-12 barn er 1.000 femtobarn (10^-15 barn) og ganger du det med en integrert luminositet på 2 invers femtobarn så får du 2.000 Higgs. Det høres jo mye ut, men så skal man finne akkurat disse kollisjonene blant de rundt 100 som lagres av eksperimentene hvert eneste sekund de kjører. Og problemet med Higgs er ikke bare at den er sjelden, den er litt som å lete i en høystakk etter noe som ser ut som høy. Den ligner fryktelig på en helt vanlig kollisjon av to protoner.

Til tross for disse problemene, er vi så noe nærmere Higgs etter møtet i Mumbai? Ja, men som jeg fortalte om i forrige post så har vi nok en gang bare krympet utvalget av tillatte masser for Higgsbosonet. Der hvor dataene ved EPS møtet bare tillot Higgs å være i områdene 114-149 GeV og 206-295 GeV, så begrenser de nye dataene Higgs til å ligge mellom 114 GeV og 145 GeV, eller mellom 288 GeV og 296 GeV. Det begynner å bli trangt om plassen.

Er det så noen tegn på at vi kommer til å finne Higgs snart? Som på EPS møtet er det fortsatt et lite overskudd av kollisjoner som kan forklares av en Higgs med masse i området 130-140 GeV, men overskuddet har ikke blitt noe større siden sist. Det mest spennende denne gangen var at CMS kollaborasjonen rapporterte et overskudd av kollisjoner der det så ut som et Higgsboson med masse rundt 140 GeV henfalt til to fotoner (lyspartikler). ATLAS eksperimentet hadde ingen oppdatering av sin analyse med fotoner, men i Oslo sitter det to eksperter på akkurat den prosessen. Så snart jeg kommer tilbake til Norge får jeg se om jeg kan få klemt noe ut av mine gode medjegere om hva som foregår, hvis ikke må dere følge med her for oppdateringer utover høsten. Nå er det tid for å nyte Mumbai.