Cern-forskers svar på læsernes spørgsmål om Higgs-partiklen
Higgs-partiklen blev ikke fundet den 14. december, men der kom dog nye data på bordet. Hvilken betydning har de? Og er det sandsynligt at finde partiklen? Den danske forsker på Cern, Troels C. Petersen, svarede den 19. december på læserspørgsmål. Se hans svar her.
Der er endnu ikke tale om, at forskerne har fundet den omdiskuterede Higgs-partikel, men på tirsdagens seminar på Cern blev det fastslået, at partiklen har en masse på omkring 125 GeV – hvis den altså findes.
Med andre ord; ikke helt nok til at lade champagnepropperne springe, som den danske forsker Troels C. Petersen på Atlas – den ene af de to detektorer – udtrykte det.
»Jeg troede faktisk, at CMS (den anden detektor, som forskerne havde forventet overbevisende resultater fra, red.) havde noget mere tungt i posen. Det havde de ikke. Atlas er det stærkeste kort lige nu i jagten på Higgs-partiklen.«
Men hvad kan resultaterne så bruges til? Og hvilken betydning har de seneste landvindinger? Troels C. Petersen svarede 19. december på spørgsmål fra læserne. Du kan læse alle hans svar nedenfor.
Troels C. Petersen er uddannet fysiker fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, og ph.d. i partikelfysik fra Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, LAL Universitet i Paris. Han er tilknyttet Atlas-projektet på Cern.
Det er ikke længere muligt at stille spørgsmål til Troels C. Petersen
Thomas Djursing
Hvornår er det næste seminar eller lignende, hvor man kan forvente endnu mere sikker bekræftelse på om higgs findes eller ej?
Troels C. Petersen
Hej Thomas
I starten af marts ligger den såkaldte Moriond konference, som både ATLAS og CMS skal levere resultater til. Der bliver ikke nogen forøgelse af data (da LHC først starter igen i marts-april), men der kommer der en dybere analyse af det data vi har, og desuden bliver der adderet information fra andre henfaldskanaler af Higgs'en. Så første skridt er i starten af marts.
Men så kommer der ny data, muligvis ved endnu højere energier, idet man overvejer at køre LHC ved 8 TeV energi, og til sommer (starten af juli) er der den store ICHEP konference, hvor alle resultater forventes opdateret til. Om der der er data nok er ikke sikkert men en klar mulighed.
Og ellers er der til næste jul, hvor vi meget gerne skulle have data nok til at komme med nogle endelige svar.
Hilsen, Troels
Patrick Urskov Kristensen
Hvis man ved hvad Higgstparktiklen har affaldsprodukter, eller den den helfalder til. Kan man så ikke skabe den, ved at sætte de partikler sammen?
Troels C. Petersen
Hej Peter
Jo, det kan man i princippet godt. Desværre henfalder Higgs'en næsten altid til partikler, som igen er ustabile, og dermed kan vi ikke putte dem i vores accelerator uden videre (men der arbejdes på at lave en muon- kollider... en anden historie).
Så vi er af naturen tvunget til at kollidere de partikler vi nu engang har, og protoner er til det formål de bedste.
Hilsen, Troels
Torben Simonsen
Kære Troels
Kan du sige noget om, hvad det kan få af mere praktisk betydning, at man får has på Higgs?
Troels C. Petersen
Hej Torben
Ja - ingen! Det er lidt det samme som at lande på månen. Det har heller ikke nogen praktisk betydning for menig mand.
Men... i processen bliver der udviklet nye ting, og fra CERN er World Wide Web nok det bedste eksempel. Det er opfundet på CERN for at koordinere store og meget komplicerede eksperimenter, men må siges at have fundet frem andre steder.
I forbindelse med jagten på Higgsen har vi blandt andet udviklet brugen af massiv parallel computing, gjort fremskridt i elektronik og superledning og også videreudviklet statistiske metoder, som man kan bruge i fremtiden. Men der kommer nok ikke noget af praktisk betydning fra Higgsen i sig selv.
Hilsen, Troels
Kurt Christensen
Hvis i finder Higgs så bliver i vel ikke klogere anden end de teorier i har nu stemmer?
Troels C. Petersen
Hej Kurt
Der er faktisk mange, som IKKE har troet på Higgsen, men mere på alle mulige andre forklaringer på, hvorfor elementarpartikler har masse.
Hvis det bliver endelig afgjort, at det vi har set rent faktisk er Higgsen, så afgør det ikke blot dette spørgsmål, men dens masse har også indflydelse på svar i kosmologien. Så vi bliver mere kloge, end blot at konstatere, at StandardModellen virker.
Hilsen, Troels
Jesper Hostrup
Hvis du skal beskrive - i kvantemekaniske termer - hvordan man kan "finde" Higgs bosonet vha. en detektor, hvordan ville du da udtrykke det?
Troels C. Petersen
Hej Jesper
Et eksempel på at "se" en Higgs i ATLAS-detektoren kunne være, at man ser fire elektroner i detektoren. Da der ikke er elektroner i de protoner vi kolliderer, så må de komme fra henfaldet af en partikel, som er skabt i kollisionen ved LHC.
Nu er der andre processer (også meget sjældne), som giver fire elektroner, men som IKKE er Higgsen, hvilket gør det lidt mere besværligt. Men dette kan man løse, idet de fire elektroner skal give massen af Higgsen, når man lægger dem sammen, men dette er ikke tilfældet, hvis de ikke kommer fra en Higgs.
Så ved at se efter kollisioner med fire elektroner i, og se om en andel af dem har samme (invariante) masse, kan man "se" en Higgs, og det er præcis det vi gør.
Hilsen, Troels
Otto Krog
Standard modellen udtrykker i sin grundform at der ikke er nogen masse. Higgs går så ind og bør forklare denne manglende masse.
Hvad nu hvis der i virkeligheden slet ingen masse er?
Troels C. Petersen
Hej Otto
Hvis ingen elementarpartikler havde masse, så havde vi ikke brug for Higgs-bosonen i vores forklaring af verden. Men så ville verden se MEGET anderledes ud. Vi er med andre ord HELT sikre på, at partikler har masse.
Tag for eksempel elektronen, som endda er meget let. Hvis ikke den havde masse, så ville alle kemiske egenskaber ændres voldsomt, hvis der da overhovedet ville være stabile atomer i Universet.
Så - masse, det er der, og Higgsen skal fortælle os, hvordan det går til, når nu vores model for verden (StandardModellen) i sin simpleste form ikke tillader partikler at have masse.
Hilsen, Troels
Sørine Bundgaard
Kan du fortælle noget om statistik? Har I fundet partiklen eller ej? Dét må I da vide...
Troels C. Petersen
Hej Sørine
Ret godt spørgsmål, som jeg meget gerne svarer på, da dette er en af de svære ting at fortælle medier generelt. Det korte og det lange er, at der er mindre end 1/1.000 chance for, at det vi ser er et tilfælde af støj, men for at kalde det en endelig opdagelse kræver vi 1/1.000.000! Så vi er ret sikre, men ikke helt og endeligt sikre.
Når vi kigger efter Higgsen, så ser vi på dens henfald til andre ting, men desværre kan disse "andre ting" (eksempel: 4 elektroner) også blive skabt på andre måder, end hvis vi producerede en Higgs!
Men specielt for Higgsen er, at hvis man lægger de "andre ting" sammen, så skal man få Higgs-massen (altså omkring 125 GeV), hvormed vi skal spørge os selv spørgsmål i retning af:
"Hvis Higgsen ikke er der, så forventer vi at se 4 elektroner 1 gang i det data vi har. Hvis Higgsen er der, så forventer vi at se 4 elektroner 5 gange i det data vi har. Nu ser vi fire events med 4 elektroner - hvad er chancen for, at Higgsen er der?"
Og det er ikke altid så nemt at svare på, især ikke når der er usikkerheder på disse tal! Og slet ikke, når der er mange forskellige henfald af Higgsen, hvor man for dem alle har denne slags spørgsmål.
Gennem temmeligt kompliceret arbejde med at samle mængden af data er vi kommet frem til, at der er mindre en 0.1% chance for, at det bare er støj fra ikke-Higgser, men dette er som sagt ikke nok til at give et endeligt svar.
Man kunne sammenligne det med at skulle genkende en person på afstand en dag med tåge. Hvis du kan se, at vedkommende har langt hår, er høj, går i støvler, etc. så kan du blive overbevist om, at det er den du søger, men hvor sikker er du? Ville du kalde personen ved navn? Ja, det ville du nok. Ville du udpege vedkommende som morderen i en retsal? Nok ikke.
Hilsen, Troels
PS. Hvis du vil vide mere, så se mit svar på det første spørgsmål (om lidt) omkring Look-Elsewhere-Effect og den slags.
CarlB
hvor bliver quarkerne mon af ved protonknusningen?
Troels C. Petersen
Hej Carl
De kommer flyvende ud igennem vores detektorer (og også udenfor dem) i form af alle mulige partikler, også nye protoner.
Hilsen, Troels
CMS
Hvis I nu finder en partikel ved 126 GeV hvordan kan I så vide om det er en Higgs?
Troels C. Petersen
Hej CMS
Dette er faktisk ikke så nemt endda - så der er ligesom to grundlæggende spørgsmål i denne her sag. Ser vi noget, og er det en Higgs?
At vi ser noget er jeg rimeligt overbevist om, selv om vi som sagt skal bruge noget mere data til at få endelig vished om (der er 1/1000 chance for, at det ikke er fra et nyt fænomen).
Men om det er en Higgs - ja, den ligger jo, hvor vi forventer at se Higgsen, og den henfalder som en Higgs, men for at være sikker i denne sag skal vi bruge MEGET mere data. Om et år kan vi nok kun sige, om det ligner eller ikke ligner en Higgs, men det vil tage mange år, inden vi kan sige det med stor sikkerhed.
Jeg har faktisk selv arbejdet lidt med dette spørgsmål, og et af problemerne er også, at det ikke er i alle henfald af Higgsen, at man kan få svar på det!
Hilsen, Troels
Anders Lund
Den såkaldte 'Look Elsewhere' effekt bringer den statistiske signifikans ned under de 3 sigma for Atlas's målinger. Men behøver man at tage 'look elsewhere' effekten med, når der allerede er stærke indicier for en light Higgs?
Her tænker jeg på målinger fra LEP som favorisere en let Higgs, samt Tevatron målingerne som ligeledes peger på en Higgs med en masse mellem 115 og 155 GeV. Har ladt mig fortælle at g-fitter gruppen faktisk havde forudset 125 GeV.
Troels C. Petersen
Hej Anders
Dette er et VIRKELIG godt spørgsmål og temmelig dybt og teknisk. Jeg er imponeret alene ved dit spørgsmål, og skal forsøge at besvare det bedst muligt.
Look-Elsewhere-Effekten (LEE) er den, at hvis man kigger 20 steder efter Higgsen, så skal man forvente, at der et sted kommer et resultat, som der kun er 5% chance for at se i støj!
Jeg har ikke lige tallene fra i tirsdags her, men ATLAS og CMS så henholdsvis et Higgs signal med 3.6 (p=0.00016) og 2.8 (p=0.0026) sigma (p-værdien er chancen for at se dette, hvis der ikke er noget signal!). Men efter LEE blev dette til 2.3 (p=0.011) og 1.9 (p=0.029), hvormed ATLAS har divideret med omkring 70, mens CMS har divideret med omkring 12 (idet de gjorde det for deres "Light Higgs search").
Men du har helt ret i, at hvis man kombinerer de to resultater, så behøver man IKKE at dividere i begge tilfælde, men blot i et. Jeg gjorde et forsøg på dette i tirsdags, og valgte faktoren 20, hvormed jeg ender på en p-værdi på omkring 0.00007 eller 3.8 sigma.
Det er jo stadig ikke 1/1.000.000 eller 5 sigma, som vi kræver, men det er rimeligt stærkt.
Nu spørger du så om man i lyset af andet info (ElectroWeak precision data fits, som er sensitive til Higgs-massen, og som siger at den skal være lav) skal have en LEE-faktor, og det vil jeg mene, at man skal, idet vi stadig tester rimeligt mange masser (omkring 1 pr. GeV, og da vi søger i intervallet 115-135 GeV, så er faktoren 20 meget rimelig).
Håber dette gav svar til dig og mening for andre.
Hilsen, Troels
Martin Juul-Olsen
Hvordan får i protonerne til at kolliderer, de er jo små - det må være svært at få dem til at ramme, og ikke forbipasserer hinanden?
Troels C. Petersen
Hej Martin
Det er helt rigtigt, og løsningen ligger i at putte omkring 1000 milliarder protoner i et bunch, og så lade dem kollidere med et bunch af samme størrelse, der går modsatte vej rundt i LHC.
Faktisk er LHC blevet så gode til det, at vi nu kollidere omkring 15 protoner ad gangen, hvilket giver nogle mere rodede events, men også mere data, hvilket driver værket.
Hilsen, Troels
Pernille Sjølund Østerbro
Hvornår tror du den endelige observation kommer. Taler vi få måneder.
Troels C. Petersen
Hej Pernille
Der kan gå op til et helt år, men så heller ikke længere. Mest spændende bliver nok sommerens konferencer, idet vi der har ny data.
Hilsen, Troels
Kaj Andersen
Jeg så til mødet i tirsdags, atlas og CMS begge ser noget ved 125 - 126 GeV. Hvordan kombinerer man resultaterne fra Atlas og Cms, så man får det samlede resultat?
Troels C. Petersen
Hej Kaj
Som beskrevet i et andet svar, så er det ikke så nemt at kombinere resultaterne. Jeg har gjort et forsøg, men der er mange effekter og problemer, som jeg ikke har medtaget i dette.
Til marts kommer den officielle kombination.
Hilsen, Troels
Mikael Juhl Kristensen
Hej Troels
Mange forsknings projekter er igennem tiden blevet lavet om til våben. Hvordan kunne LHC/Higgs bosonet bruges til dette? Der var vist nogen der havde undersøgt hvad LHC ville gøre til en hånd
Troels C. Petersen
Hej Mikael
Jeg kan forsikre dig om, at Higgsen ikke kan bruges i forbindelse med våben. Den har kun en forståelsesmæssig betydning.
Hilsen, Troels
Børge Svendsen
jeg har hørt at kvarker har farver, hvilken farve har Higgs Bosson Partiklen? (hvor er det fasinerende at der findes farver på så lille skala!)
Troels C. Petersen
Hej Børge
Kvarker har IKKE farver, idet begrebet farver slet ikke eksisterer på så små skalaer. Vi er omkring en faktor 1.000.000.000 under bølgelængden for synligt lys!
Men... da kvarker har en helt speciel ladning, så har man valgt farver, som en betegnelse, idet der er tre ladninger (modsat en i elektromagnetisme) som tilsammen giver ingen ladning (i.e. farven hvid).
Kvarker kan ikke observeres enkeltvis, men kun i "hvide" samlinger.
Hilsen, Troels
Klaus Jørgensen
Hvordan kan det være I ikke har fundet Higgs partiklen endnu? Er LHC ikke bare en ekstrem dyr fuser? Ja jeg tror altså ikek på at I kan finde noget som helst!
Troels C. Petersen
Hej Klaus
Fordi Higgs-partiklen kun opstår i mindre end 1 ud af 10.000.000.000.000 kollisioner, men ikke desto mindre er jeg temmelig sikker på, at vi nok skal finde den (og allerede har gode indicier), og muligvis andre nye naturlove/fænomener, hvis de eksisterer.
Mht. økonomi, så har CERN opfundet World Wide Web, hvilket må siges at være et bidrag til verden af værdi.
Hilsen, Troels
Niels-Arne Hansen
Set i lyset af at Higgs-partiklen højst sandsynligt bliver "konfirmeret" inden for det næste år, hvad er så næste skridt for jer ved LHC?. Mere omkring standardmodellen, supersymetri eller Mørk Energi?
Troels C. Petersen
Hej Niels-Arne
Godt spørgsmål. Vi er allerede igang med alle de andre spørgsmål, både at lave præcisionsmålinger for Standard Modellen og især lede efter nye ting. Mørkt stof er en af de helt store motivationer, men der er flere andre!
At kende Higgs-massen hjælper, idet vi så ved, hvor stor indflydelse den har på andre ting, og dermed kan se om der er mere at komme efter, eller om vi skal søge andre steder.
Men vi ved jo ikke, hvad der er derude af nye naturlove, så vi må blot lede videre i jagten på fx. mørkt stof.
Hilsen, Troels
