I mörkret bortom Higgs
Bild: 
Matt W. Moore

I mörkret bortom Higgs

Att hitta Higgspartikeln var ett jättesteg för partikelfysiken. Nästa utmaning för fysikerna är att avslöja vad som döljer sig i det okända bortom Higgs. Ingen vet hur det ska gå till, eller vad som finns där. Det verkligt spännande börjar nu.

Författare: 

Publicerad:

2013-06-14

Den 3 juli förra året ringlade sig kön lång utanför hörsalen på fysikanläggningen Cern, i Genève. Som till en rockkonsert köade forskarna hela natten för att få lyssna på de två ledarna för de två konkurrerande experimenten: Fabiola Gianotti från Atlas och Joe Incandela från CMS skulle avslöja fysikens största nyhet på årtionden.

Prick klockan 9.00 nästa morgon startade presentationerna. Bland alla grafer som visades trädde en kontur långsamt fram – som en liten buckla på en kurva syntes det som eftertraktats i åratal av tusentals forskare – den så kallade Higgspartikeln. Med 99,99994 procents säkerhet, vill säga. Desto säkrare, när båda grupperna visade ungefär samma resultat. Nu, nästan ett år senare, är det knappast någon som tvivlar på att det verkligen är Higgspartikeln som hittats, ett aldrig tidigare skådat stycke natur.

Higgspartikeln är en central del i fysikens standardmodell som beskriver hur världen runt om oss är uppbyggd. Allting, från blommor och människor till stjärnor och planeter, består enligt standardmodellen av några få byggstenar, materiepartiklar. Dessa partiklar styrs av krafter som förmedlas av kraftpartiklar som i sin tur ser till att allt fungerar som det ska – att planeterna inte lämnar sina banor och vardagsföremålen inte kollapsar i en oformlig hög atomer.

Men hela standardmodellen vilar på att det finns en tredje sorts partikel – en Higgspartikel. Higgspartikeln är viktig, inte för vad den är utan för vad den gör. Den uppstår ur ett Higgsfält, ett osynligt fält som fyller rymden.

Allt som rör sig i vårt universum, hur tomt det än kan te sig, rör sig genom Higgsfältet. Hade inte detta funnits, skulle elektronerna och kvarkarna sakna massa likt ljuspartiklarna, fotonerna. Och precis som fotonerna skulle materiepartiklarna utan massa, som Einsteins teori föreskriver, rusa genom rymden med ljusets hastighet, omöjliga att fångas in i atomer och molekyler. Inget vi känner till skulle finnas, än mindre vi själva. Utan Higgspartikeln skulle världen vara en helt annorlunda plats än den vi känner. Och nu har nyckeln till universum hittats.

Peter Higgs var en ung forskare i Skottland, när han 1964 föreslog en teori som räddade standardmodellen från kollaps. Efter 48 år, onsdagen den 4 juli 2012, satt han med i publiken på Cern.

– Jag blev uppringd under en konferens på Sicilien några dagar tidigare. Det var John Ellis som ringde, han som har lett teorigruppen på Cern i många år och som jag känner väl. Han sade att om jag inte dök upp på onsdagen, skulle jag nog komma att ångra det.

Peter Higgs satt på VIP-plats i hörsalen tillsammans med några andra grånade fysiker som kommit med liknande idéer ungefär samtidigt som han. Under stående ovationer fick de se sitt verk långsamt tona fram på storskärmen. Den 83-årige Peter Higgs brast i tårar.

– Det var som att dränkas av en jättevåg, förklarade den timide äldre mannen efteråt. I många år hade han tvivlat på att teorin skulle bekräftas under hans livstid.

 I hela världen, i Melbourne, Stockholm eller Shanghai, kunde alla som ville följa direktsändningen från den överfyllda salen på Cern. I Stockholm ordnade doktoranderna tårta, berättar Sten Hellman, professor vid Stockholms universitet. Sedan 1980-talet har han jobbat med partikelfysik. Att finna Higgspartikeln var en omvälvande upplevelse.

– Det är fantastiskt att ha varit med om detta, säger Kerstin Jon-And. Även hon är professor i Stockholm och långvarig pendlare till Cern, där hon bland andra uppdrag varit styrelseordförande i Atlas-samarbetet och ansvarat för en del av Atlas-detektorns elektronik.

Men visste inte ni, som har varit med, vad de andra skulle visa upp den 4 juli?

– Nej, faktiskt inte, säger Kerstin Jon-And. Det är klart att några visste i förväg, folk är ju till och med gifta med varandra över detektorgränserna. Men svenska fysiker jobbar alla med Atlas, och det är förvånansvärt få läckor.

Nu vet alla. Resan, som började för fem decennier sedan, har nått sitt slutmål. Det är en resa genom fysikens värld som välter alla våra vardagliga begrepp över ända. Denna värld är fylld av partiklar som saknar utsträckning, och som inte har någon massa heller. En värld där vakuum inte alls är tomt utan befolkat av ett gytter av partiklar, brutna symmetrier och mystiska fält och där partiklarna inte är annat än vågor på ytan. Sådan är vår verklighet enligt den moderna fysiken.

Dessutom pekar den nyfunna Higgspartikeln mot att vårt universum när som helst kan hitta en hemlig förbindelse till en annan värld bortom vår, rulla i väg och svepa bort allt som finns, innan det lägger sig till ro i en dalgång där inget liv har uppstått än.

Risken är dock mycket liten, och förutsätter att Cern-fysikerna fram till 2030 inte hittar någon annan utväg. Så länge ska Cerns stora accelerator vara i gång. Okända partiklar, nya teorier. För en sak är säker – det finns världar bortom Higgspartikeln och standardmodellen, det gäller bara att hitta dem.

– Det är jättehärligt att vi äntligen hittat den här partikeln, för nu har vi en helt ny bok att skriva, säger Sara Strandberg, lektor och fysikforskare vid Stockholms universitet.

– Det värsta som kan hända är att den upphittade Higgspartikeln stämmer precis med förutsägelserna. Hittills har den faktiskt gjort det, liksom allt annat i partikelfysiken under de senaste 30 åren. Men vi ska fortsätta kamma igenom våra mätdata, för vi vet att det här inte kan vara slutet på historien.

Fabiola Gianotti håller med.

– Vi är som Columbus när han seglade på de stora haven. Vi hoppas att okända kontinenter ligger bortom horisonten, och att vi ska hitta dem. Efter fyra år som ledare för Atlas-experimentet kan hon nu pusta ut, kanske hinner hon spela favoriten Schubert igen, utbildad pianist som hon är vid Milanos musikkonservatorium.

Skeppet som ska föra fysiken vidare påminner snarare om en rymdstation. Eller en underjordisk katedral. Två sådana katedraler, detektorerna Atlas och CMS, och två mindre detektorer har byggts 100 meter under marken och är redo att se universum födas på nytt, igen och igen, 40 miljoner gånger i sekunden. Så ofta kan partiklarna krocka när de leds åt motsatta håll runt en 27 kilometer lång tunnel.

Vid huvudingången till Cern trängs tioåringarna från en skola utanför Genève. De har stojat hela vägen under den tjugo minuter långa resan med spårvagn 18 från stadens centrum. Slutstationen Cern, står det på spårvagnen. Hade vi fortsatt en bit längre bort skulle vi ha passerat den franska gränsen.

Nu när den stora acceleratorn ska uppgraderas i nästan två år är det möjligt att besöka Cern. Men det gäller att planera besöket väl, med kort varsel ska man inte göra sig något besvär. Pressavdelningen har till och med gjort ett schema för mediebesök: svenska journalister är välkomna först den 20 och 21 augusti.

Alla andra har också tilldelats tid under året; inte mindre än 20 nationer är i dag medlemmar i Cern, och många fler medverkar. Varje land bidrar till den årliga driften, som sammanlagt uppgår till en miljard dollar. För vår del är det ungefär 20 kronor per år och svensk till Cern. Som en kopp kaffe om året, påpekar Fabiola Gianotti.

Cern byggdes bland åkrar och vingårdar utanför Genève 1954, då europeisk forskning skulle återuppbyggas efter andra världskriget, liksom relationerna länderna emellan. Åkrarna odlas fortfarande, samtidigt som köpcentrum och höghus kryper allt närmare. Men den lilla byn Meyrin, som är Cerns postadress, verkar lika sömnig som alltid; hönorna springer utanför huset vid spårvagnens hållplats, och tuppen gör sig hörd trots biltrafiken.

Jurabergen på den franska sidan skymtar fram genom fönstret i kafeterian. Det ryska paret bredvid mig har problem med sin bil, det portugisiska gänget skrattar högt. Här träffas alla, folk från drygt åttio länder jobbar ihop, palestinier med israeler, iranier med irakier, ryssar med georgier.

Partikelkollideraren LHC är den mest komplicerade och den största apparat som någonsin har byggts av människor. Allt är gigantiskt hos den. Även de två olika forskargrupperna är enorma, 3 000 personer var som röjer universums hemligheter.

Men trots sin storlek är acceleratorn oerhört känslig. Strålen kan till och med känna av hur månens dragningskraft påverkar vattennivåerna i Genèvesjön, några mil bort, försäkrar Alvaro de Rújula från Spanien, som är en av 20 teoretiker som är fast anställda på Cern.

Själva LHC-acceleratorn går i en tunnel ärvd från föregångaren LEP. Allt annat behövde skapas på nytt – från helt nya tekniska lösningar till hur väldiga laster skulle kunna köras med lastbil genom tunnlar och små byar i Alperna. En domstolsanmälan mot Cern, om att experimenten skulle orsaka världens undergång (svar: Nej!) försenade bygget. Och när grottan för CMS-detektorn skulle grävas ut utanför den lilla franska staden Cessy, var ruinerna av en romersk villa från 300-talet det första som hittades. Gamla juveler och mynt gjorde arkeologerna glada, men fysikerna fick vänta ett halvår.

Både tunneln och de gigantiska grottorna fylldes så småningom med en obeskrivligt komplex maskin. LHC-detektorerna är fem våningar höga, fyllda med tonvis av metall och kristall. Varje skruv räknas, och med forskare från 40 länder, är det nästan givet att två bitar bredvid varandra kommer från helt olika håll i världen.

Det är ett under att LHC över huvud taget fungerar. Och det har inte saknats motgångar. Den 10 september 2008 öppnades champagneflaskor när protonerna gjorde sitt första varv i ringen. Nio dagar senare kom explosionen.

Det var kylgasen helium som flög i luften. Flytande helium gör acceleratorn till den kallaste platsen i universum. Kylan är nödvändig för att skapa de starka magnetfält som ska hålla protonstrålen exakt i bana. Magneterna är därför supraledande, men det blir de bara vid mycket låg temperatur; med flytande helium blir temperaturen 1,9 Kelvin över absoluta nollpunkten, medan rymdens mikrovågsstrålning är nästan 3 Kelvin.

Om heliumet bara blir lite varmare omvandlas supraledarna till vanliga elektriska ledare, och då värms de upp av elektrisk resistans, vilket värmer heliumet ännu mer, så det dunstar och bildar en exploderande gasbubbla.

Ett kopplingsfel gav upphov til den gnista som borrade minihålet i en heliumbehållare. På bara några minuter rann över sex ton helium ut i tunneln.

Av sammanlagt 1 232 magneter fick 50 nytillverkas, och inte förrän den 20 november året därpå kunde protonerna på nytt fara runt i acceleratorn.

Protonerna skjuts in i LHC i klump var tionde timme, en stråle i varje riktning, med- och motsols. Hundra miljarder protoner buntas ihop och trycks samman till en ultratunn stråle, en inte så lätt uppgift då protoner, som är positivt elektriskt laddade, helst strävar efter att stöta bort varandra.

Det är inte heller helt enkelt att bli av med protonerna när de har gjort sitt jobb i tunneln. Strålen leds åt sidan mot ett tio ton tungt grafitblock, inslaget i tonvis med stål och betong. Varje stråle hettar upp grafiten 1 000 grader, men grafitblocket hinner svalna igen innan en ny stråle kommer.

Protonerna rör sig med 99,999996 procent av ljusets hastighet, och kolliderar med en ungefärlig energi på 4 TeV var, alltså 8 TeV totalt. När LHC byggts ut om ett par år ska energin nästan fördubblas.

En TeV är kanske inte så mycket energi – ungefär som hos en flygande mygga. Men när all denna energi packas ner i en enda proton, och 500 biljoner sådana protoner ilar runt i acceleratorn, blir strålens energi som hos ett framrusande tåg.

Två sådana tåg, tunnare än ett hårstrå, krockar i detektorerna där forskarna väntar på att kunna gräva bland spillrorna. Det händer att partikelexperiment jämförs med att krocka två schweiziska klockor för att sedan se hur de är uppbyggda. I själva verket är det svårare än så, för de partiklar som forskarna letar efter är helt nya – de skapas ur energin i krocken.

Enligt Einsteins välbekanta formel E = mc2 är massa en form av energi. Det är magin i denna ekvation som gör det möjligt, till och med för partiklar som saknar massa, att bilda något nytt när de krockar med varandra. Som när två ljuspartiklar utan massa, fotoner, krockar och bildar ett par med en elektron och dess antipartikel, positron. Eller så kan en Higgspartikel bildas när två av protonens invånare, gluoner, krockar vid tillräckligt höga energier.

Protonerna är som små säckar fyllda med partiklar – kvarkar, antikvarkar och gluoner. De allra flesta passerar obekymrat varandra – varje gång två protonsvärmar kolliderar blir det i snitt bara 20 frontalkrockar. Det låter inte mycket, men varje krock ger upphov till ett fyrverkeri med ett hundratal partiklar. Mindre än en krock på en miljard kan vara intressant att följa vidare, inte undra på då att det krävs arbete av tusentals forskare för att hitta något alls och att dessutom undersöka allt.

Nu har Higgspartikeln visat sig vara över hundra gånger tyngre än en proton, 125 GeV, vilket är ett av skälen till varför den var så svår att få fram. Den kunde ha varit allt mellan 70 och 1 000 GeV. Om Higgspartikeln hade varit bara lite tyngre skulle de teoretiska beräkningarna ha havererat. Och det var vad många egentligen hade sett fram emot – minsta tecken på avvikelse leder ju vidare till ny fysik.

– Det är klart att det känns lite dubbelt när vår Higgspartikel är av den enklaste sorten av alla som förutsagts. Den stämmer perfekt med standardmodellen, säger Sten Hellman.

I modellen förenas naturens grundläggande byggstenar och tre av de fyra kända krafterna. Tanken att det går att förklara världen med bara några få byggstenar är gammal. Filosofen Demokritos hade redan 400 år f.Kr. en idé om att allting består av atomer; átomos betyder odelbar på grekiska.

I dag vet vi att atomer inte är odelbara. De består av elektroner som kretsar kring en atomkärna uppbyggd av neutroner och protoner. Också protonerna och neutronerna består av mindre delar som kallas kvarkar. Så det är faktiskt bara elektroner och kvarkar som är odelbara.

Två sorters kvarkar, upp- och nerkvarken, bygger upp atomkärnan. I själva verket är det alltså tre elementarpartiklar som behövs för att bygga upp all materia vi känner till runt om oss: elektronen, uppkvarken och nerkvarken.

Men under 1950- och 1960-talen dök det upp nya, till synes onödiga partiklar i den kosmiska strålningen och i nybyggda acceleratorer, och standardmodellen fick utökas med elektronens och kvarkarnas tyngre dubbelgångare. Alla dessa materiepartiklar kallas fermioner.

Förutom materiepartiklarna finns det också kraftpartiklar, bosoner, för var och en av naturens fyra krafter – gravitation, elektromagnetism, den svaga och den starka kraften. Mest bekanta är gravitationen och elektromagnetismen – de drar ihop eller stöter ifrån; vi kan se deras verkan med egna ögon. De två övriga, den starka och den svaga kraften, är osynliga; de utspelar sig bara inne i atomkärnan. Den starka kraften verkar mellan kvarkarna och binder ihop kärnans protoner och neutroner. Den svaga kraften står för radioaktivt sönderfall, och är till exempel nödvändig för kärnreaktionerna i solens inre.

Hur dessa krafter egentligen fungerar har länge varit en gåta. Hur vet till exempel metallbiten som dras till magneten, att magneten ligger där, en bit ifrån? Eller hur känner månen egentligen av jordens gravitationskraft?

Denna spöklika verkan på avstånd förklaras i fysiken med att rymden är fylld av en mängd osynliga fält. Det magnetiska fältet, gravitationsfältet, kvarkfältet och alla de andra fälten genomkorsar rymden, eller snarare den fyrdimensionella rumtiden, det abstrakta rummet som teorin utspelar sig i. Enligt kvantfältsteorin är det just fälten, och inte partiklarna, som är de grundläggande brickorna i det stora universumbygget. Standardmodellen är en sådan kvantfältsteori.

Så vart tog partiklarna vägen? Enligt kvantfältsteorin bärs energi av vågor i fältet i små paket, kvanta, vilka vi uppfattar som partiklar. Vad händer till exempel när man skakar ett elektriskt fält så att det vibrerar? Det bildas vågor, och de kallas ljus. Tittar man på väldigt nära håll finner man ljuspartiklar, fotoner.

Allt vi har i vår omgivning ses med kvantfysikens ögon som en samling vibrationer i kvantfält. Två sorters fält finns: dels materiefält med sina partiklar, fermioner, dels kraftfält med tillhörande bosoner som är krafternas bärare. Även Higgspartikeln är en vibration av sitt fält – Higgsfältet.

– Bland alla andra saker, är LHC också en maskin för att skaka vakuum – en vakuumskakningsmaskin – med en huvuduppgift: att vibrera fälten tillräckligt mycket för att nya partiklar, som Higgs, ska skapas, säger Alvaro de Rújula.

Varför sökte man så desperat efter Higgspartikeln? Jo, för utan Higgs rasar standardmodellen ihop som ett korthus. Kvantfältsteorin för nämligen med sig oändligheter som behöver tyglas och symmetrier som inte syns. Det var först när Peter Higgs tillsammans med sina kolleger visade att Higgsfältet kan bryta standardmodellens symmetri utan att förstöra resten, som teorin fick godkänt.

Modellens framväxt under de senaste femtio åren kan även ses som ett sätt att rädda kvantfältsteorin undan alla oändligheter som dök upp i kvantfysikens spår. Oändlighet betyder nonsens, och är en katastrof för en teori. Sådana katastrofer inträffar oavbrutet när kvantfysiken får verka. Det är tomrummet, vakuum, som ställer till problem. För i kvantfysiken är vakuum ytterst levande.

– Vakuum är långt ifrån tomt. Tvärtom – vakuum är det mest intressanta som finns. Alla fält finns där, virtuella partiklar föds och förintas, vakuum bubblar och kokar ständigt. Det är där allting händer, säger Lars Bergström, fysikprofessor vid Stockholms universitet, som skrev en artikel i F&F för 16 år sedan: Tomrum, ett inte alldeles tomt rum (nr 1/1997).

I vakuum kan partiklar dyka upp och försvinna, och ju kortare tid de existerar desto högre energi kan de ha, enligt Heisenbergs osäkerhetsprincip. Är tiden extremt kort, blir energin extremt hög. De så kallade kvantfluktuationerna i vakuum innebär att verkligheten är en summa av alla möjligheter.

Ska till exempel elektronens laddning eller massa beräknas, måste man ta hänsyn till ett gytter av partiklar som bidrar. Oändligheten plågar då kalkylerna.

– De flesta beräkningar vi gör är störningsräkningar, där man successivt kommer allt närmare svaret. För att det ska fungera måste varje ny term som man lägger till vara mindre än den föregående, annars blir svaret meningslöst, oändligt. Ibland blir det så – stark växelverkan kan vi fortfarande inte riktigt räkna på än i dag, säger Sten Hellman.

När det gäller elektromagnetisk växelverkan däremot har fysiken lyckats kapa av summan av alla bidragen så att den inte drar i väg. Tricket heter renormering, och med den tar oändliga positiva bidrag ut de negativa i ekvationerna, och oredan försvinner. Än i dag är det rätt kontroversiellt vilken fysikalisk innebörd som renormeringen har. Men den fungerar. Och med den fungerar kvantfältsteorin för elektromagnetismen.

Standardmodellen fungerade dock bara om kraftpartiklarna saknade massa. För elektromagnetisk växelverkan med sin foton utan massa som kraftförmedlare gick det utmärkt. Den svaga kraften däremot förmedlas av tre massiva partiklar, två elektriskt laddade W-partiklar och en Z-partikel. De gick inte ihop med den lättfotade fotonen. Hur skulle den så kallade elektrosvaga kraften, en förening mellan den elektromagnetiska och den svaga kraften, kunna bildas? Hela det eleganta teoribygget, standardmodellen, riskerade att bryta samman. Här gjorde Peter Higgs entré och med Higgsfältet räddade han den sinnrika teorin, så omhuldad av alla fysiker.

Higgsfältet är inte som andra fält i kvantfysiken. De andra, som gravitation, varierar i styrka, och när de hamnar i sin lägsta energinivå antar de värdet noll. Så fungerar inte Higgsfältet. Till och med om rymden töms på allt och bara vakuum blir kvar, så är detta vakuum fortfarande fyllt med en substans, ett spöklikt fält som vägrar att stängas av – Higgsfältet. Vi märker det inte – Higgs­fältet är som luft för oss, som vatten för fiskarna. Men utan det skulle vi inte finnas, för det är genom att doppas i Higgsfältet som partiklarna får sin massa. De partiklar som far igenom utan att märka Higgsfältet får ingen massa, de som växelverkar svagt blir lätta och några blir, när de segar sig igenom fältet, riktigt tunga.

– När jag var ung och läste populärvetenskapliga böcker kändes det väldigt konstigt att föreställa sig partiklar utan massa. Men när jag sedan började läsa fysik, insåg jag att det är precis tvärtom – det naturliga är masslöst. Då är alla ekvationer vackra. Men för att teorin ska bli realistisk måste massan tillföras och det gör Higgsmekanismen. Fast det blir lite klumpigt. Jag skulle önska något mer elegant, säger Sten Hellman.

En obesvarad fråga som hänger kvar är att det inte går att hitta något mönster för hur mycket massa partiklarna får. Varför är till exempel en elektron 350 000 gånger lättare än den tyngsta kvarken?

Fast i praktiken väger de nästan ingenting. Hela 95 procent av den kända materiens massa kommer inte från Higgsfältet. Det har sin källa i kvantfluktuationerna inne i protonen och neutronen, där andra partiklar på kvantfysikaliskt vis bidrar till massan. I slutänden härrör bara ynka fem procent av materiens massa från Higgsfältet.

Samtidigt spelar elektroner, som ju får sin massa från Higgs, en avgörande roll för att atomer och molekyler ska bildas och hålla ihop. Om Higgsfältet plötsligt försvann, skulle all materia kollapsa när elektroner utan massa gav sig i väg med ljusets hastighet. Alltså är Higgspartikeln ändå unik.

Vad är det som gör Higgsfältet så speciellt? Higgsfältet bryter världens inneboende symmetri. Symmetri är vanligt i naturen; regelbundna ansikten, blommor, snöflingor uppvisar olika sorters geometriska symmetrier. Det innebär att saker kan förändras på ett visst sätt och inget särskilt händer, till exempel kan en snöflinga roteras men den ändrar inte sin form för det.

I fysiken avslöjas även andra sorters symmetrier som beskriver vår värld, men som ligger på ett djupare plan. En relativt enkel sådan symmetri säger till exempel att det inte spelar någon roll om ett vanligt fysikexperiment utförs i Stockholm eller i Paris. Inte heller vid vilken tidpunkt det görs. Einsteins speciella relativitetsteori är en teori om symmetrier i rum och tid, och den har blivit förebild för många andra teorier, som partikelfysikens standardmodell.

Standardmodellens ekvationer är symmetriska. På samma sätt som en kula ser likadan ut sedd från alla möjliga vinklar, förblir standardmodellens ekvationer oförändrade även om perspektivet som definierar dem ändras.

En anledning till att symmetrier är så omhuldade av fysiker är att de är direkt kopplade till naturkrafterna. Beskriv en symmetri så kommer kraften rakt ur ekvationerna. I gengäld ställer symmetrin krav på hur saker och ting ska se ut. För en kula gäller det att vara perfekt rund: minsta bula bryter symmetrin.

För ekvationerna gäller andra villkor. Och en av symmetrierna i standardmodellen förbjuder partiklar att ha massa. Eller så kräver symmetrin att ekvationer som beskriver kvarkarna måste vara desamma oberoende av vilken kvantegenskap, som kallas färg, de tilldelas. Ur detta krav stiger den starka kraften fram. Funktionen följer alltså formen, i motsats till många arkitekters devis om att form bör följa funktion.

Symmetriprinciperna ger också mer oväntade resultat. Redan 1918 visade den tyska matematikern Emmy Noether att fysikens bevarandelagar, som lagen om energibevarande och om bevarande av den elektriska laddningen, också är sprungna ur de matematiska symmetriekvationerna.

Universum föddes symmetriskt. Vid big bang saknade alla partiklar massa och alla krafter förenade i en enda urkraft. Denna ursprungliga ordning finns inte längre; symmetrin doldes för våra ögon. Något hände bara 10–11 sekunder efter big bang. Higgsfältet tappade balansen.

Hur gick det till? Det började, som sagt, symmetriskt vid energi noll. Energitillståndet kan beskrivas med en kulas läge i mitten av en rund skål. Kulan behöver en knuff för att rulla i väg, men efter ett tag rullar den tillbaka ner till sin lägsta energinivå.

Fast om skålen har en buckla i mitten, och mer ser ut som en mexikansk hatt, då är läget i mitten visserligen symmetriskt men inte stabilt. Kulan rullar helst ner åt valfritt håll. Hatten är fortfarande symmetrisk, men kulans läge bortom mitten döljer symmetrin. På liknande sätt begick Higgsfältet sitt symmetribrott och hittade ett stabilt energiläge i vakuum bortom den symmetriska nollpunkten.

Fyra partiklar blev resultatet av symmetribrottet, men bara en, Higgspartikeln, fortsätter än i våra dagar. De andra slukades av den svaga kraftens förmedlare, de två W-partiklarna och en Z-partikel, som på så sätt fick sin höga massa. Så blev symmetrin mellan dessa tre och fotonen utan massa i den elektrosvaga kraften dold för alltid.

Higgsfältets fasövergång, så brukar det spontana symmetribrottet också kallas, ungefär som när vatten fryser till is, även om ingen fanns där för att se det hända bara ett kort ögonblick efter big bang.

I stället dök symmetribrottet nästan samtidigt upp 1964 i huvudena på tre grupper fysiker, oberoende av varandra. Ett par veckor före Peter Higgs kom ett arbete av François Englert och Robert Brout vid Université libre de Bruxelles i Belgien och något senare publicerades även en artikel av britten Tom Kibble tillsammans med amerikanerna Carl R. Hagen och Gerald Guralnik.

Under de senaste åren har de fått motta förnäma priser. Wolfpriset, det näst största inom fysiken efter Nobelpriset, delades 2004 ut till Higgs, Englert och Brout, och 2010 följde Sakuraipriset, utdelat av amerikanska fysiksamfundet till alla sex forskarna. 

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

3

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
11 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

Jag har sett presskonferensen, som hölls förra året vid CERN, angående Higgspartikeln och inte vid något tillfälle sas det att man hittat denna partikel. Man sa att man hittat en partikel men att det inte nödvändigtvis var Higgspartikeln. Det skulle ta år att verkligen bekräfta detta.
Därför är det med förundran att man ideligen läser texter av vetenskapsjournalister och andra fysikkunniga att man verkligen har hittat denna partikel. Varför vill man föra allmänheten bakom ljuset på detta sätt? Kan det vara att man vill rättfärdiga den enorma miljardrullning som denna anläggning har kostat.

Hur orkar alla konspirationsteoretiker, kan man undra? (Man ser en global konspiration framför sig ... inte riktigt.)

Partikeln med den energu som förväntades från en partikel i Higgsfältet medför att en eller annan variant av det senare är funnet. Man vet dock inte om det är den förväntade enklaste formen, utan måste testa mer för att skilja de möjliga varianterna åt.

"The presence of this field, now believed to be confirmed, explains why some fundamental particles have mass when, based on the symmetries controlling their interactions, they should be massless."

" More studies are needed to verify that the discovered particle has properties matching those predicted for the Higgs boson by the Standard Model, or whether, as predicted by some theories, multiple Higgs bosons exist.[3]"

[ https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson ]

Vilken slags partikel skulle de ha hittat då?
En annan ny, dittills obekräftad?

Lägg till kommentar