17.08.2012
Artikel

Higgs-partiklen er fundet

Fysikere og forskere har fundet den omdiskuterede Higgs-partikel på verdens førende laboratorium for partikelfysik, CERN. Hvilken betydning har opdagelsen egentlig? Magisterbladet har spurgt gruppeleder på ALICE på CERN Jens Jørgen Gaardhøje, der også er professor på Niels Bohr Institutet og Discovery Centret.

Af Martin Ejlertsen
Forskere på CERN har fundet Higgs-partiklen. Hvad er Higgs-partiklen?

De partikler og deres vekselvirkning, vi kender til i dag, kan beskrives gennem en meget succesrig teori ved navn standardmodellen. Den omfatter blandt andet 12 partikler, men med meget forskellig masse. Modellen forudsiger dog, at partiklerne slet ingen masse har. I 1964 blev det vist, at tilstedeværelsen af et særligt felt, der gennemsyrer hele universet, kan bryde den særlige symmetriske masseløse tilstand og give partiklerne masse. Hvis antagelsen om et sådant felt var rigtig, burde der også være en ny partikel knyttet dertil. Den har man ikke kunnet finde i mange år, og standardmodellen har derfor haft et hul. Det særlige felt blev opkaldt efter den britiske fysikprofessor Peter Higgs, forfatteren til en af tre næsten simultane artikler om teorien. Nu har man ved CERN fundet en partikel, som er konsistent med teorien og dermed med idéen om Higgs-feltet.

Hvorfor har forskere ledt efter denne ­partikel?
Vi forsøger overordnet set at forstå, hvordan naturen er bygget op, og hvordan universet er sat sammen. Vi forsøger at reducere dette problems enorme kompleksitet ved at opstille grundlæggende lovmæssigheder, som ligger til grund for de strukturer, vi ser i dag. Til det er standardmodellen et usædvanligt velfungerende værktøj, fordi den med stor præcision tillader at beregne mange egenskaber ved partikler. Men modellen har i mange år været ufuldstændig og på sin vis båret af spekulation. Nu er den manglende partikel opdaget, og vores verdensbillede for beskrivelsen af partiklers interaktion er meget mere sammenhængende. Det er en stor erkendelsesmæssig bedrift for menneskeheden. Men det betyder ikke, at vi pludselig kan beskrive alt. I dag kan vi via standardmodellen kun forklare omkring fire procent af universets masse og energi. De resterende 96 procent ligger uden for modellens virke og udgøres af “mørk masse” og “mørk energi”, som ikke kan forklares inden for standardmodellens rammer. Men valideringen af standardmodellen med Higgs-partiklen etablerer en basisplatform, som vi kan bruge, når vi skal lede efter nye partikler, som kunne udgøre den mørke masse. Derfor er opdagelsen af Higgs-partiklen en milepæl for fremtidige opdagelser.

Er det overraskende, at man har fundet ­partiklen?
Fysik bygger på teoridannelse, når man skal forsøge at forklare naturen. Indtil det øjeblik, man finder en eksperimentel bekræftelse på en bestemt teori, er alle teorier egentlig lige gode. Teorien om Higgs-feltet har i mange år været blot en blandt mange andre teorier. Så det er helt afgørende, at man på et tidspunkt er i stand til at fravælge de teorier, der ikke har forudsigelseskraft. Opdagelsen af Higgs-­partiklen vil uden tvivl aflive mange andre teorier og kunne fokusere forskningen i nye og mere slagkraftige retninger.

Hvordan har man fundet Higgs-partiklen?
Særligt de to eksperimenter ATLAS og CMS på CERN er specielt designet til at lede efter Higgs-partiklen. Fire steder på LHC-ringen støder man protoner sammen, og ud fra den kolossalt store bevægelsesenergi kan man danne nye partikler. I eksperimenterne kigger man så efter sporene efter henfaldet af nye partikler. I detektorer, store som katedraler, måler man alle henfaldsprodukters energi og kan på den måde slutte sig tilbage til, hvad massen af den oprindelige partikel var. Det er en række af de henfaldsmuligheder for Higgs-partiklen, som man har ledt efter. Higgs-partiklen kan henfalde på mange måder med mange forskellige sandsynligheder. Hvis de forskellige henfald kommer fra den samme moderpartikel, bør de alle rekonstruere til den samme partikel. Det er det, som, har vist sig at være tilfældet, har forskerne på CERN påvist.

Hvad arbejder fysikerne og forskerne på CERN med nu, hvor Higgs-partiklen er fundet?
Nu skal vi først og fremmest forstå, om Higgs-partiklen opfylder alle standardmodellens forudsigelser. Det er vi lige startet på at verificere. Det kan føre til justeringer og give anledning til nye idéer og opdagelser, så dette er kun begyndelsen af LHC’s forskningsprogram. Der er allerede planlagt opgraderinger af LHC-acceleratorens intensitet, så antallet af kollisioner kan øges markant og derved muliggøre en søgen efter nye og endnu sjældnere forekomende partikler. Det store håb er, at når LHC fortsætter med forhøjet energi og mere intensitet til i hvert fald 2030, så vil vi kunne finde nye partikler ud over Higgs-partiklen, som ligger ud over standardmodellen. Vi har blandt andet en teori om eksistensen af supersymmetriske partikler, der opfører sig anderledes end de nuværende partikler. De kunne være kandidater til mørkt stof. Finder vi nye partikler, åbner det op for en helt ny spejlvendt verden, som kunne løse afgørende gåder i astronomien og måske vil kunne forklare de 96 procent af universets energitæthed, som vi endnu ikke forstår.