Jeg har været studerende ved CERN, og følger projektets fremgang dagligt. Jeg kan prøve at svare på nogle af jeres spørgsmål:
1) Hvorfor netop 5 fb^-1
Standardmodellen er en utrolig succesfuld model som med stor succes har kunne beskrive (næsten) alle resultater indenfor partikelfysiken de seneste mange år. Modellen har en række frie parametre; koblingskonstanter, masser osv. Disse er igennem tiden blevet fastlagt eksperimentelt. Det eneste der mangler er Higgs-massen. Denne masser er blevet målt indirekte af den forrige accelerator i samme tunnel som LHC; kaldt LEP. Denne måling er dog behæftet med stor usikkerhed, og man leder nu efter en mere direkte og præcis måling af Higgs-massen. LEPs måling viser at Higgsen med sikkerhed ikke findes under 115 GeV og med faldende sandsynlighed for de tungeste masser. Tilbage er et vindue mellem 115 og ca. 200GeV., i dette vindue har den amerikanske accelerator Tevatronen allerede udelukket området 158 GeV til 173 GeV med 95% sikkerhed.
Når et eksperiment leder efter Higgsen kigger de på mange milliarder kollisioner og de partikler der kommer ud derfra, de kan måle elektroner, muoner, fotoner osv. Fra disse regner de så tilbage og finder ud af, om disse er blevet dannet som henfaldet fra en W eller Z boson, eller måske direkte fra en Higgs. De signaler de ser kan således komme fra mange processer. Langt de fleste kollisioner er ganske uinteressante. Således leder man efter en effekt (Higgsens signatur) som ligger oven på en stor baggrund af alle andre processer. Man har således brug for meget data for at kunne afgøre, om det signal man ser, ikke bare er en statistisk fluktuation af baggrunden, men faktisk en realt fysiks effekt.
Da man kender standardmodellen godt, og da Higgs-massen er den eneste ukendte parameter, kan man regne ud hvor meget data man skal bruge for at kunne adskille Higgsen fra baggrunden, som funktion af Higgs-massen. Denne beregning er vist på denne figur (fra Gibbs blog)
http://vixra.files.wordpress.c....png
x-aksen er Higgs-massen, og y aksen er et udtryk for den statistiske usikkerhed (lave tal er bedre). Det gule område er det masser område som LEP har udelukket. Det røde område er det masse område som Tevatronen har udelukket. 95% sikkerheden svare til en værdi under 1 på y-aksen (du kan genkende de 158 GeV 173 GeV jeg nævnte ovenfor). Kurverne i rød, sort, blå, og grøn, markere den forventede statistiske sikkerhed ved hhv. 0.5, 1, 2 og 5 inverse femtobarn (fb^1) data fra et LHC eksperiment (her ATLAS). Det kan ses, at med en data mængde på 1 fb^1, som de har i øjeblikket, kan alle masser over ca 128 GeV udelukkes, hvis altså ikke Higgsen findes der. Med 5 fb^-1 bliver hele masseområdet, ned til LEPs 115 GeV lukket. LEP så et hint af en Higgs ved 116 GeV, det kunne være interessant hvis den findes der. Alle disse beregninger antager at Higgsen opføre sig som beskrevet i standardmodellen, hvis den ikke gør det, så bliver estimantet på 5 fb^-1 også forkert, og vi må formentlig vente længere på svaret på spørgsmålet: ”Hvad giver partiklerne deres masse?”
Muligheden for at finde fysik der ligger udenfor standardmodellen, er dog endnu mere spændende end at finde Higgsen selv.
2) Hvorfor lukke om vinteren
Det hurtige svar er, at LHC alligevel skal lukke en gang imellem, for at lave rutine vedligeholdelse og forbedringer. Så kan man ligeså godt gøre det i vintermånederne hvor der er lidt vand i vandkraftværkerne og meget gang i el-varmen. Tevatronen i USA holder lukket om sommeren hvor airconditioning gør elpriserne høje. CERN får dog, så vidt jeg ved, deres el så billigt, at det ikke udelukkende er en økonomisk overvejelse, med derimod en gentlemans agreement med el-producenterne.
3) Hvordan kan man have nået sit mål, når Guds Partikel endnu ikke er påvist ?
CERN og de forskellige eksperimenter der leder efter ny fysik ved LHC er faktisk separate størrelser. CERN opgave er at bygge og drive acceleratorer og levere kollisioner, som eksperimenterne kan detektere. Eksperimenterne, som f.eks. de store Atlas og CMS, er uafhængige internationale grupper som har 'fået lov', til at opstille et eksperiment ved LHC. Såleder er CERNs mål at levere kollisioner til eksperimenterne, og det er dette mål på 1 invers femtobarn de har nået i denne uge. Eksperimenterne har et mål om at have en høj datatagningseffektivitet og en hurtig behandling af denne data, og selvfølgelig i sidste ende at afdække ny fysik.
Mvh
Anders Lund
