Av Lillian Smestad, Higgsjeger på ski

Nytt år, nye muligheter! Og hva for et år det kommer til å bli!!

For å starte litt kronologisk: den første uka av året tilbrakte Higgsjegerne på Skeikampen, på en ukes nordisk konferanse om partikkelfysikk. I god kombinasjon med lange lunsjpauser, designet for at vi kunne få gli på skiene (vi liker å gjøre slikt også, enn så nerder vi måtte være), ble vi oppdatert på “alt” av det som foregår i partikkelfysikk. Bredden i aktiviteter er enorm - det er langt, langt fra kun CERN sin søken etter Higgsbosonet som er på forskningstallerkenen. Men - nu er det jo engang nettopp søken etter Higgs denne bloggen handler om! Så la oss snakke litt mer om hvordan løypa ser ut i år for en oppdagelse eller eksklusjon av Higgsbosonet.

Og det er litt av noen tider, skal der siges - 2011 var det siste året et Standardmodell-Higgsboson kunne gjemme seg - i år skal vi røyke ut den luringen! Det vil si - dersom det finnes, da. Dersom Higgsbosonet ikke finnes, så får vi også vite det i år - og det vil òg være en enorm oppdagelse. Higgsmekanismen er jo per i dag vår beste hypotese om hvordan verden er skrudd sammen. Om dette viser seg å være en gal hypotese, må teoretikerne virkelig gå tilbake til tegneblokka (i så fall; lykke til, Are!) - for Standardmodellen slik vi kjenner den i dag (og guri, så vellykket den har vært!) baserer seg på eksistensen av denne partikkelen. Tenk, at den endelige dommen faller i år, etter nesten 50 år med søken etter denne ekstremt unnvikende partikkelen!

Vel, for å være riktig så korrekte - og det må man jo være når man holder på med seriøs forskning - så er det ikke spikret at vi kommer til å ha tilstrekkelig statistikk for å kunne hevde en oppdagelse av Higgsbosonet i år. For å kunne rope “oppdagelse!” har vi satt oss en grense på såkalte 5 standardavvik. Det betyr jo ikke at 4-komma-noe ikke også er riktig så megetsigende. Det å gå fra en 4-komma-noe effekt, til en 5 standardavvik effekt krever mye ekstra data. I scenarioet hvor dataene tilsier at vi alle er temmelig overbeviste om at Higgsbosonet finnes, vil den siste biten for å kunne hevde en oppdagelse sitte nokså langt inne. Det vil gå seigt mot slutten.

Dette med å ha nok statistikk er et hett tema for folkene som bestemmer hvordan LHC skal kjøres . Altså - hva slags parametere man vil kollidere protonene med - som vil bestemme hva slags data man sitter igjen med, og hvilken mengde. Det vil være en dedikert workshop som adresserer nettopp dette temaet i den franske byen Chamonix ikke langt unna CERN 6.-10. februar. For å ta et eksempel, er protonklumpspredning en av de parameterne som vil bli diskutert - konkret: hvorvidt man skal kollidere protonklumpene hvert 50. nanosekund, eller hvert 25. nanosekund. Med 25 nanosekunders mellomrom mellom proton-proton kollisjonene vil man kunne “fordele” lumonisiteten over flere klumper, og dermed få mindre pile-up (se neste avsnitt). Men, da vil detektorene få mindre pustetid mellom kollisjonene; mindre tid til å gjøre seg klare for å lese ut informasjonen i neste kollisjon. En av de tingene som virker ganske sikkert, er at det i 2012 vil komme til å bli kjørt med 1 TeV større massesenterenergi enn i fjor- altså med 8 TeV. Dette vil hjelpe alle søk etter nye partikler - da det med høyere energi blir mer sannsynlig å produsere disse nye partiklene. Høyere massesenterenergi gjør det lettere for akseleratorfolket å øke luminositeten. En økning i luminositeten innebærer at vi får samme mengde data raskere - snasent! Dette har dog en bakside, som de fleste medaljer - med høyere luminositet kommer også utfordringen i noe vi kaller pile-up; antall kollisjoner per protonklumpkrysning.

Med mange flere kollisjoner på èn gang blir det mye sprell i detektoren. Det gjør det utfordrende å finne de partiklene du er interessert i å se på, og hvilket punkt de virkelig kom fra. En illustrasjon på denne utfordringen kan dere se i Figur 1 - et (i partikkelfysikkens verden) berømt bilde av en ekte hendelse i ATLAS-detektoren, hvor det er hele 19 andre kollisjonspunkter, i tillegg til det ène som inneholder interessant fysikk - nemlig den helt til høyre (Z->µµ, for de spesielt interesserte). Man må altså finne et akseptabelt balansepunkt for mer data (høyere statistikk) og et nivå av støy i detektoren man kan leve med. Det som er en god nyhet for folk i ATLAS-eksperimentet som leter etter en Higgs som henfaller til to fotoner (blant mange andre to av Higgsjegerne), er at ATLAS sitt elektromagnetiske kalorimeter, sammenliknet med konkurrentdetektoren CMS sitt, takler pile-up bedre, på grunn av måten det er bygget på.

Man er altså interessert i å få mest mulig ut av maskina - men ikke for enhver pris. Dere husker kanskje hvordan det gikk i 2008, når en av magnetene i LHC-ringen gikk fra å være superledende, til plutselig å ikke være det lenger - ganske så dårlig - se Figur 2. Dette uhellet forsinket LHC med et helt år - det å reparere så delikate systemer tar sin tid. En slik eskapade vil man for all del unngå. Dermed må man gjøre nøye vurderinger av hva slags parametere som er trygt for maskinen, og som samtidig gjør datatørste fysikere tilfredse.

Hva som også er betegnende for løypa, er at LHC ligger i dvale nå - det har den gjort siden sent i november i fjor, og det vil den fortsette å gjøre til rundt mars i år. Det å kjøre LHC krever nemlig sin rause mengde med strøm, og strømmen på vinteren er en dyr affære. Dermed har man et ypperlig påskudd for å slumre på vinteren. Men la dere ikke lure - selv om maskinen kanskje tar det rolig, ligger folk på alt annet enn latsiden! Denne perioden hvor man ikke får noen ny data blir utnyttet til det maksimale - detektorene, LHC-gridet (wwg, word-wide-grid, som gir oss tilgang til lagrings- og prosessorkraft over hele verden), akseleratoren, kjølesystemer og slikt blir oppgradert og vedlikeholdt for harde livet. Også på analysesiden jobber folk intenst for å skvise mest mulig ut av 2011-dataene, publisere artikler og forberede seg på 2012-dataene, som godt mulig kan se ganske så annerledes ut enn fjorårets, alt ettersom hva slags avgjørelser de kommer frem til i Chamonix.

Med det overskuddet av Higgs-liknende event vi har sett i 2011-dataene, setter vi stødig kurs for hva 2012 måtte bringe!