Av Are Raklev, fysiker høyt oppe

I går onsdag var siste dag av ICHEP konferansen i Melbourne. Akkurat nå befinner jeg meg på 38.000 fot, et eller annet sted over det indiske hav, og på vei til CERN. Dersom noen skulle få det inntrykk av denne bloggen at livet som fysiker innebærer utrolig mye reising, så har de helt rett - men alltid på turistklasse da, det er jo offentlige penger må dere vite.

Her oppe er det god tid til å tenke over alt som har skjedd den siste uken. Som Lillian har blogget om så har det vært litt av en uke for oss alle sammen. Jeg er litt overrasket over og utrolig glad for den store interessen fra folk som ikke holder på med fysikk til daglig. Mediakjøret har nok gått hardest utover Lillian som var igjen i Oslo, men vi har sannelig merket det her nede også.

Etter de store nyhetene forrige onsdag har vi fått litt tid til å fordøye resultatene, og eksperimentene har presentert flere detaljer ved ICHEP. Jeg tenkte jeg skulle bruke denne bloggen til å si litt om hvor vi står nå, og hva vi kan vente oss fremover.

ATLAS og CMS har altså annonsert at de har funnet en ny partikkel. Er dette en Higgs? Tja. Før jeg sier mer om det spørsmålet, så er tror jeg det er bra å presisere hva vi partikkelfysikere mener med en Higgs. Jeg tror et flertall vil si at det er en Higgspartikkel dersom den er ansvarlig for det som kalles elektrosvakt symmetribrudd. Dette gir oss den velkjente elektromagnetismen ved å bryte ned samhørigheten i det tidlige universet mellom den elektromagnetiske og svake kjernekraften. Det gir masse til de såkalte vektorbosonene, W og Z, som er ansvarlig for den svake kjernekraften. Og ikke minst, det var dette Higgs (dvs. Peter) jobbet med en gang for nesten 50 år siden. Merk at det imidlertid ikke er noe absolutt krav til at partikkelen må gi masse til alle elementærpartiklene. Selv om det selvfølgelig hadde vært kjekt; hvis ikke så må vi finne på noe annet.

Er det Higgs da? Tja. Partikkelen som er funnet er et boson, som Higgspartikkelen burde være. Det vet vi fordi man har funnet den ved å se at den, kort tid etter at den er skapt, omvandles, eller henfaller som vi ofte sier, til et par av fotoner (lyspartikler) eller Z-bosoner. Fysikken bak forlanger da at partikkelen som skapte disse må være et boson. Bosoner kommer imidlertid i flere typer, som alle andre partikler har de en iboende egenskap som kalles spinn. Den ikke må forveksles med det du får om du snurrer rundt på kontorstolen din, men det er en snurrig (unnskyld) matematisk sammenheng her som er viktig i kvantemekanikk.

Vi skiller mellom spinn-0 (skalarer), spinn-1 (slik som W og Z) og spinn-2 bosoner (elementærpartikler med høyere spinn er det bare søl med). For at det skal være et Higgsboson må den være en skalar. Det kan kanskje enklest forståes med at partikler uten spinn-0 peker ut en retning i rommet ved at de har en slags akse de spinner rundt (det er ikke *helt* sant dette med aksen altså, men jeg kan i alle fall skrive det, ta gjerne et kurs i kvantemekanikk dersom du virkelig lurer). Hvis Higgspartikkelen ikke hadde vært en skalar, så hadde Higgsfeltet pekt ut en foretrukket retning i universet - du hadde fått mer masse dersom du beveget deg i den retningen. Slik er ikke universet (sjekk gjerne selv ved å gå deg en tur).

Det vi vet hittil, igjen på grunn av hvordan vi har observert den nye partikkelen, er at den ikke er en spinn-1 partikkel - men spinn-2 er ikke utelukket, og det vil ta ganske mye mer data før eksperimentene kan si noe om dette. Det er slett ikke sikkert årets data er nok, og da må vi vente helt til 2015, etter at LHC er blitt oppgradert i 2013-2014.

Om den viser seg å være er en skalar, er den da Higgs? Tja. Vi må vise at den oppfører seg på riktig måte i forhold til vektorbosonene som den skal gi masse til. Det betyr at eksperimentene må måle temmelig nøyaktig hvor ofte Higgspartikkelen henfaller til fotoner, Z og W. Hvis Higgspartikkelen skal gi masse til alle elementærpartikler må vi også observere at den henfaller til fermioner, materiepartiklene som vi består av, på riktig måte.

Det vi har sett i Melbourne er litt underlig. Det virker som vi observerer partikkelen noe oftere enn vi burde når den henfaller til bosoner, og ikke i det hele tatt (eller sjeldent) når den henfaller til fermioner. Likevel, det er tidlig å si noe sikkert om dette, det kan være tilfeldige fluktuasjoner, og det vi trenger mest av alt er mer data.

Den nye partikkelen ligner altså på en vaskeekte Higgs, men muligheten er definitivt åpen for at dette istedet er en nær slektning, noe som vil være et enda mer spennende funn enn Higgs i Standardmodellen.

Som du kanskje skjønner har vi mye arbeid igjen å gjøre med denne nye partikkelen, og en annen gang har jeg tenkt å skrive litt om hva vi kan finne ut om det universet vi lever i dersom dette er en Higgspartikkel, eller noe enda bedre, men det fikk jeg ikke plass til i denne gang. Siste nytt fra CERN i dag er forresten at LHC skal kjøre tre måneder lengre enn planlagt i denne omgang, helt frem til jul, for å lære så mye som mulig om Higgspartikkelen, før man begynner med oppgraderinger for å kjøre med høyere energi.