Hva leter egentlig Higgsjegerne etter?

I dag kommer Cern til å annonsere siste nytt om jakten på Higgs-partikkelen. Her er en liten guide til det som skal skje.

Stipendiat Lillian Smestad med den ene Higgsen hun innrømmer å ha funnet til nå. Foto: Hilde Lynnebakken/ UiO

Offentliggjøringen av de nye funnene kan følges direkte på webcast fra Cern klokka 0900.

Sendingen starter med at de to eksperimentene Atlas og CMS gjennomgår sine data. Dette kan være vanskelig stoff for alle som ikke er partikkelfysikere, så her er forsøk på en liten «bruksanvisning».

Begge eksperimentene leter altså etter Higgs-partikkelen. Ved å kollidere klumper av protoner i svimlende hastighet håper de å produsere Higgspartikler - hvis de finnes.

Vi kan ikke se Higgs direkte, til det lever den for kort tid. Higgspartiklene som lages vil omdannes i brøkdelen av et sekund til andre partikler. Det er disse restproduktene fysikerne leter etter i dataene.

Restproduktene, sekundærpartiklene om du vil, opptrer alltid i par, og det er en lang rekke par som er mulige: En Higgs kan forvandles, henfalle, til to kvarker (for eksempel en bunnkvark og en anti-bunnkvark) eller til to fotoner, eller en rekke andre partikkelpar.

Hver mulig henfallsprosess kalles en kanal. I noen av kanalene er det enklere å finne Higgs enn i andre – for eksempel kommer vi helt sikkert til å få data i morgen fra det eksperimentene kaller «gamma-gamma»-kanalen, eller 2-foton-kanalen, det vil si hvor Higgs omdannes til to fotoner.

En “hendelse” I Atlas-eksperimentet som inneholder fire myoner. Hendelsen kan være henfall av to Z-partikler, noe som kan skje uten at Higgs-partikkelen er med. Dette kan også være tegn på Higgs siden den henfaller noen ganger til to Z-partikkler. Mange hendelser må analyseres for å se om hendelsene klumper seg rundt en bestemt (men foreløpig ukjent) masse. Her ser vi den midterste del av Atlas-eksperimentet. De fire myonene er de fire røde sporene. Illustrasjon: Atlas-eksperimentet.

En av grunnene til at Higgspartikkelen er spesielt vanskelig å finne, er at vi ikke vet hvor tung den er. Ironisk nok: Higgsteorien forutsier at alle de andre elementærpartiklene har masse, men ikke hvilken masse Higgspartikkelen selv har.

Hvis Higgs finnes, er derfor det store spørsmålet: Hvor tung er den?

Partiklers masse oppgis ikke i kg, men i elektronvolt, eV. Siden eV er en liten enhet, snakker vi i denne sammenhengen om gigaelektronvolt; GeV.

Massen til Higgspartikkelen ble i desember 2011 avgrenset til å ligge mellom 115 GeV og 127 GeV. Altså: Hvis Higgs finnes har den en masse i dette området.

Eksperimentene ser ikke på én enkelt kollisjon og analyserer om dette er en Higgs (det ville heller ikke vært mulig å bedømme), men behandler data fra en mengde kollisjoner statistisk. Hvor sikre forskerne er på at de har funnet en partikkel oppgis derfor som statistiske sannsynligheter.

Partikkelfysikerne liker best å snakke om antall «sigma» - et mål på hvor sikre de er på at en «hump» de observerer i dataene er noe annet enn bakgrunnsstøy. For den som kan litt statistikk: Antall sigma = antall standardavvik fra forventet resultat.

For å kunne annonsere oppdagelse av en partikkel, har fysikerne satt grensen ved fem «sigma». Sannsynligheten for at resultatet IKKE er en partikkel er da mindre enn én til en million.

Ved forrige korsvei, i desember, kunngjorde Atlas og CMS at de hadde et overskudd av data ved ca. 126 GeV. Signalet var på 2.9 sigma, noe som altså er for lite til å annonsere oppdagelse av en partikkel, men som fikk professor Alex Read til å konkludere med at «det lukter Higgs.»

Så hva skjer i morgen? Vil Cern, ved eksperimentene Atlas og CMS, annonsere at de har funnet Higgs? Det vet vi ikke ennå – Higgsjegerne holder resultatene for seg selv helt fram til annonseringen.

Av Hilde Lynnebakken
Publisert 3. juli 2012 12:06 - Sist endret 23. nov. 2017 11:28