Indhold
Store Hadron Collider-forskere ser fristende antydninger til en ny partikel, der kan revolutionere fysikken.
Af Harry Cliff, University of Cambridge
I begyndelsen af december virvlede et rygte rundt om internet- og fysiklaboratorier, som forskere ved Large Hadron Collider havde set en ny partikel. Efter en tre-årig tørke, der fulgte opdagelsen af Higgs-boson, kunne dette være det første tegn på ny fysik, som partikelfysikere alle har håbet på?
Forskere, der arbejder på LHC-eksperimenterne, forblev tæt lænket indtil den 14. december, da fysikere pakket CERNs hoved auditorium for at høre præsentationer fra forskerne, der arbejdede med CMS og ATLAS eksperimenter, de to gargantuanske partikeldetektorer, der opdagede Higgs boson i 2012. Selv se online webcast, var spændingen håndgribelig.
Alle spekulerede på, om vi ville være vidne til begyndelsen på en ny opdagelsesalder. Svaret er ... måske.
Forvirrende hump
CMS-resultaterne blev først afsløret. Først var historien velkendt, et imponerende udvalg af målinger, der igen og igen ikke viste tegn på nye partikler. Men i de sidste par minutter af præsentationen afsløredes en subtil, men spændende stød på en graf, der antydede på en ny tung partikel, der forfaldt til to fotoner (lyspartikler). Bumpen optrådte i en masse på omkring 760GeV (enheden af masse og energi, der bruges i partikelfysik - Higgs-bosonen har en masse på ca. 125 GeV), men var alt for svagt signal til at være enstemmig på egen hånd. Spørgsmålet var, ville ATLAS se et lignende stød på samme sted?
Præsentationen af ATLAS spejlede den fra CMS, en anden liste over ikke-opdagelser. Men ved at gemme det bedste til sidst blev en bult afsløret mod slutningen, tæt på hvor CMS så deres ved 750GeV - men større. Det var stadig for svagt til at nå den statistiske tærskel til at betragtes som et godt bevis, men det faktum, at begge eksperimenter så bevis på samme sted, er spændende.
Opdagelsen af Higgs tilbage i 2012 afsluttede Standard Model, vores nuværende bedste teori om partikelfysik, men efterlod mange uløste mysterier. Disse inkluderer arten af ”mørk materie”, et usynligt stof, der udgør omkring 85% af stoffet i universet, svagheden i tyngdekraften og den måde, hvorpå fysikens love synes finjusteret for at give livet mulighed for at nævne men et par stykker.
Kunne supersymmetri en dag knække mysteriet med al den mørke stof, der lurer i galakse-klynger? Billedkredit: NASA / wikimedia
Der er foreslået en række teorier for at løse disse problemer. Den mest populære er en idé kaldet supersymmetri, der foreslår, at der er en tungere superpartner for hver partikel i standardmodellen. Denne teori giver en forklaring på finjusteringen af fysiklovene, og en af superpartnerne kan også redegøre for mørkt stof.
Supersymmetri forudsiger eksistensen af nye partikler, der skal være inden for rækkevidde af LHC. Men trods store forhåbninger afslørede maskinens første kørsel fra 2009-2013 en karrig subatomær vildmark, der kun var befolket af en ensom Higgs boson. Mange af de teoretiske fysikere, der arbejder med supersymmetri, har fundet de nylige resultater fra LHC temmelig deprimerende. Nogle var begyndt at bekymre sig om, at svar på de udestående spørgsmål i fysik måske ligger for evigt uden for vores rækkevidde.
Denne sommer genstartede LHC på 27 km igen efter en to-årig opgradering, der næsten fordoblet kollisionenergien. Fysikere venter ivrigt på at se, hvad disse kollisioner afslører, da højere energi gør det muligt at skabe tunge partikler, der var ude af rækkevidde under den første kørsel. Så dette antydning af en ny partikel er faktisk meget velkommen.
En fætter til Higgs?
Andy Parker, leder af Cambridges Cavendish Laboratory og seniormedlem i ATLAS-eksperimentet, fortalte mig: ”Hvis ujævnheden er reel, og den nedbrydes til to fotoner som set, må det være en boson, sandsynligvis en anden Higgs-boson. Ekstra Higgs er forudsagt af mange modeller, herunder supersymmetri ”.
Måske endnu mere spændende, det kan være en type graviton, en antaget partikel forbundet med tyngdekraften. Af største vigtighed findes gravitoner i teorier med yderligere dimensioner af plads til de tre (højde, bredde og dybde), vi oplever.
På nuværende tidspunkt vil fysikere forblive skeptiske - flere data er nødvendige for at styre dette spændende tip ind eller ud. Parker beskrev resultaterne som ”foreløbig og uomstrækkelig”, men tilføjede, ”skulle det vise sig at være det første tegn på fysik ud over standardmodellen, med bagefter, vil dette blive betragtet som historisk videnskab.”
Uanset om denne nye partikel viser sig at være reel eller ej, en ting, som alle er enige om, er, at 2016 bliver et spændende år for partikelfysik.
Harry Cliff, partikelfysiker og stipendiat i Science Museum, University of Cambridge
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.