Tirsdag 13. december var en helt særlig dag for Jørgen Beck Hansen. Her blev de seneste resultater og formodninger om Higgs-partiklens gøren og laden afsløret, og som partikelfysiker på Niels Bohr Institutet i København fulgte han skarpt med.

Fysikerne på to af de store eksperimenter på Cern, Atlas og CMS, kunne uafhængigt af hinanden fortælle, at de havde opdaget noget særligt i deres detektorer. Målinger pegede i retning af, at den berømte og berygtede Higgs-partikel formentligt havde spøgt op til flere gange i acceleratoren og sat spor, der afslørede en masse - eller energi - på omkring 125 gigaelektronvolt (GeV). Dog er det ikke endeligt bevist, men noget er sket, der måske kan være med til at forklare, hvorfor Universet ser ud, som det gør, i kølvandet på Big Bang.

»Jeg kan godt være lidt skeptisk over for Higgs-partiklen generelt, men jeg må blankt erkende, at det ser spændende ud,« siger Jørgen Beck Hansen, som selv har været tilknyttet Atlas-detektorens projekter siden 1997, dvs. fra året efter, LHC blev godkendt som projekt ved Cern.

Faktisk sad han selv i et renrum på Cern og var med til at bygge præcis det elektromagnetiske kalorimeter til måling af fotoner, der 13. december målte de tydeligste spor efter en formodet Higgs-partikel.

At Jørgen Beck Hansen er skeptisk, skyldes til dels, at han selv støtter helt andre teorier for, hvordan Universet er bygget op, men det kommer vi tilbage til. At han går med til at sige, at han kun er lidt skeptisk, hænger sammen med, at forskerne ifølge ham virkelig havde noget at byde på ved seminaret på Cern 13. december.

Sammenklumpninger af data
I Atlas-eksperimentet, som Niels Bohr Institutet har stor tilknytning til, kunne forskerne nemlig fortælle, at de flere gange havde oplevet sammenklumpning af data, der måske kunne afsløre en velkommen gæstepartikel i LHC.

I detektoren til dette eksperiment leder forskerne primært efter fotoner, W- og Z-partikler og tau-partikler, som er nogle af de partikler, som Higgs-partiklen forventes at henfalde til. Derfor har forskerne taget utallige målinger af disse partikler efter proton-kollisioner ved forskellige energiniveauer og oplevede, at lige i området ved en energi på 125 GeV var der ekstra store mængder henfald. Derfor måtte der være tale om en Higgs, der pludselig var kommet på banen.

Læs også: Higgs-partiklen i eksklusivt interview: »Jeg er meget ustabil«

På den anden side af LHC sad CMS-folket samtidig og målte på samme typer henfald, selv om de kunne præsentere knap så tydelige resultater som Atlas-forskerne. Til gengæld havde de resultater med fra hele viften af henfald, mens folkene ved Atlas kun havde nået at tygge sig igennem foton- og Z-henfaldet.

Det vigtigste er imidlertid, at de svage udsving i CMS pegede på en mulig Higgs-partikel i samme energiområde som i Atlas, så der er nu enighed om, at området 124-125 GeV er interessant.

»Vi ved selvfølgelig ikke, om det er en Higgs-partikel, fordi andre partikler også kan producere f.eks. Z-partikler, men sandsynligheden er blevet større, fordi begge eksperimenter har set noget. Ellers ville jeg nok mene, at statistikken kunne spille os et puds,« siger Jørgen Beck Hansen.

Den videre færd er nu at analysere videre på målingerne og sammenligne og krydstjekke de to eksperimenters resultater. Herefter skal det undersøges, om den mulige Higgs passer ind i fysikkens standardmodel over naturkræfterne, som den ser ud i dag.

Uden en Higgs-partikel kan standardmodellen nemlig ikke forklare, hvorfor f.eks. Z- og W-partikler har en temmelig tung masse, når fotonerne ikke har. Ifølge teorien opførte partikler sig nemlig som masseløse ved Big Bang og har først sidenhen fået en masse. Men der mangler en brik til at forklare det.

Higgs-feltet er så blevet sat i spil som den klæbende og tunge bremseklods i rummet, der har givet partikler deres træghed og dermed masse – i forskellig grad afhængig af vekselvirkningen med feltets Higgs-partikler. Og skal denne vekselvirkningen få puslespillet til at gå op matematisk, kræver det derfor, at Higgs har en bestemt masse.

Flere beviser påkrævet
Tidligere troede forskerne på en Higgs-partikel på omkring 90 GeV, fordi det ville matche henfaldet fra W- og Z-partikler bedre, men det er for længst udelukket, at der er noget spændende at hente i det område. 125 GeV ligger imidlertid stadigvæk inden for standardmodellens rammer, så hvis forskerne i løbet af 2012 kan erklære sig sikre på det resultat, så er det godt nyt for standardmodellen.

Men hvis den videre efterforskning pludselig afslører sammenklumpninger af data i helt andre GeV-områder, så er standardmodellen på spanden, for så var det måske slet ikke en Higgs-partikel, eller i værste fald var det en slags Higgs-partikel med en anden sammensætning eller større energi end forventet, og så passer de øvrige brikker i teorien ikke længere sammen uden nye tilføjelser.

At forskerne ikke tør erklære sig 100 procent sikre på, at det er en Higgs-partikel endnu, er bl.a., fordi der skal laves mange flere målinger. For at hævde at have lavet en stor opdagelse, skal forskerne nemlig sikre sig, at en eventuel fejl vil ligge under 1 til 4 mio., så det ville svare til, hvor sikre politiet skal være for at fælde en morder baseret på dna-beviser, forklarer Jørgen Beck Hansen.

»Men som jeg ser det, er der i hvert fald større chance for, at kurverne peger på Higgs end på ingenting. At resultaterne passer sammen øger tiltroen til, at vi har fat i noget rigtigt. Jeg er begyndt at blive mere overbevist og nysgerrig, men jeg vil se flere sammenstød. Rygterne ville vide, at CMS havde meget tydelige signaler på Higgs, men da jeg så dem, var de ikke så tydelige.«

Læs også: Higgs-partiklen har en masse på 125 GeV – hvis den altså findes

For ikke at påvirke hinandens resultater er der nemlig kollegial enighed om, at man i første omgang holder sig på egen banehalvdel med sin forskning uden at afsløre for meget, og får man behov for at offentliggøre et muligt kontroversielt resultat, så forhører man sig lige hos naboeksperimentet, om de mon også har 'noget'.

Der findes bedre teorier
Men uanset hvor mange forskere, der kommer anstigende med afvigelser i kurverne, er Jørgen Beck Hansen ikke til at rokke, når det kommer til hans egen overbevisning, nemlig at Higgs ikke nødvendigvis er svaret på alt.

»Var der ingen Higgs, ville det for mig være en succes, fordi det ville bekræfte, at standardmodellen ikke holder, og jeg synes jo, at der findes bedre teorier end den,« siger Jørgen Beck Hansen og fortsætter:

»Standardmodellen tager f.eks. ikke højde for tyngdekraften, og derfor vil tilstedeværelsen af Higgs-partiklen bare holde standardmodellen i spil, uden at vi får svar på vores spørgsmål om, hvilken effekt tyngdekraften har i partiklernes verden.«

Han understreger, at resultaterne dog stadigvæk er yderst relevante, for afvigelser er afvigelser, og er det ikke Higgs, der spøger, er det noget andet, som skal undersøges nærmere ved de 125 GeV. Ellers skulle enten teorien eller naturen have taget fejl, og det vil helt sikkert være teorien, der taber det spil.

Higgs kan tage flere former
Derfor havde verden så at sige været meget nemmere, hvis afvigelserne eller Higgs var blevet fundet i områderne ved 500 GeV eller højere, for det havde ligget så langt fra teorien, at standardmodellen måtte se sig selv dødsdømt på stedet. Og så kunne man komme i gang med at se på de mere altomfavnende teorier, pointerer Jørgen Beck Hansen og understreger, at Higgs-partiklen dog sagtens kan være til stede i andre teorier, den vil formodentligt blot opføre sig anderledes end i standardmodellen.

Af alternativer findes bl.a. teorierne om supersymmetri, Technicolor og ekstra dimensioner. Technicolor-teoretikerne mener også, at der findes en partikel derude, der giver svar på masse-spørgsmålet. Men i modsætning til standardmodellen tror de på, at Higgs - eller en lignende partikel - er sammensat af flere partikler på samme måde, som protonen er sammensat af kvarker.

Det betyder, at henfaldet ikke behøver at være begrænset til f.eks.fotoner og Z-partikler, men kan bestå af helt andre og nye partikler, som kan være meget tungere, så de ikke er opdaget endnu. Det sidder en gruppe på bl.a. Syddansk Universitet og beskæftiger sig med.

Supersymmetri handler derimod om, at alle stofpartikler (fermioner) i standardmodellen har en kraftbærende partner (bosoner) og omvendt. Det betyder, at forskernes problem med at forklare massen af Higgs-partiklen gemmer sig selv af vejen på denne måde.

Higgs-partiklens egenskaber er nemlig unikke i forhold til alle kendte partikler, og tyngdekraften har en stor indflydelse på massen. Derfor giver det bøvl, hvis man forsøger sig med de velkendte kvantemekaniske beregninger - medmindre man undgår det og i stedet giver alle partikler i standardmodellen deres egen partner, som ophæver effekten af tyngdekraften i beregningerne.

Problemet er blot, at forskerne endnu ikke har fundet en selektron til elektronen eller en fotino til fotonen - eller nogen af de andre superpartikler.

Men er de der, kan de måske også hjælpe astrofysikerne med at svare på, hvad det mørke stof består af, som de mener, må være derude for at holde sammen på galakserne. Indtil nu mangler der i hvert fald noget uopdaget energi i regnskabet.



Der er stadig plads til supersymmetriske Higgs-bosoner i denne teori, endda hele fem med forskellige ladninger. Her kunne den letteste af dem være den, der er dukket op i LHC, men under alle omstændigheder vil der så stadig være fire tilbage at finde plus deres supersymmetriske partner-partikler – Higgsinoerne.

»Vi har ikke udelukket supersymmetri, men når vi ikke har fundet nogen superpartikler efter et år, sætter det teorien under et kritisk lys,« siger Jørgen Beck Hansen, som dog mener, at supersymmetri sagtens stadig kan være i spil.

»Jeg er meget interesseret i de nye teorier. Jeg er en rigtig opdagelsesrejsende, som ikke ved, hvad der er derude, men jeg kigger,« siger Jørgen Beck Hansen.

Selv sværger han til teorien om ekstra dimensioner, en afart af superstrengteorien, der også kendes som 'teorien om alting'. I denne teori forsøger forskerne nemlig netop at forklare, hvorfor den stærke tyngdekraft, der fandtes i øjeblikket efter Big Bang, opfører sig som en svag kraft i dag sammenlignet med elektromagnetisme samt svag og stærk kernekraft. Den gemmer sig simpelthen i de ekstra dimensioner, vi ikke kan se eller måle i dag.

»Zoomer vi ind på de små skalaer i LHC, kan det meget vel være, at tyngdekraften opfører sig anderledes, fordi der ved den høje energi vil være plads til ekstra dimensioner. I en sådan teori er tyngdekraft ikke svag, men stærk,« forklarer Jørgen Beck Hansen, som dog må erkende, at de analyser og simuleringer, der i dag er lavet, ikke tyder på, at der findes ekstra dimensioner.

Tyngdeloven kan ikke ignoreres
Men derfor giver han ikke op. Han vil stadig se flere teorier, før han vil godtage standardmodellen.

»Når jeg er betaget af ekstra dimensioner, er det, fordi den teori gør det muligt at ændre på vores opfattelse af, hvordan rummet ser ud, så vi kan få tyngdekraften mere i spil – også selv om en Higgs-partikel på 125 GeV bliver fundet. Jeg synes heller ikke, at tyngdekraften bliver taget alvorligt nok i teorien om supersymmetri,« siger han.

Under alle omstændigheder slutter rejsen slet ikke, selv om fysikerne i 2012 slår fast, at der virkelig var tale om en Higgs-partikel, for den vil først blive startskuddet til den helt store rejse, fastslår Jørgen Beck Hansen.

»Hvis det ligger fast, at der er en Higgs, er der et langt større område, der skal afsøges, end hvis den ikke var der. For så skal vi finde ud af, hvordan vi kunne finde den, når tyngdekraften ikke var regnet med. Uanset hvad, render vi ind i problemer, og hver gang, vi har fundet et 'fordi', opstår der et hav af 'hvorfor',« siger Jørgen Beck Hansen.

Fysikerne håber, at 2012 bliver året, hvor det bliver slået endeligt fast, om der findes et Higgs-felt, der har slået kløerne i universets partikler. Men det bliver måske også året, hvor LHC giver flere bidrag til forskningen i mørkt stof og ekstra dimensioner.

»Allerede nu er det spændende, men i 2014 bliver det for alvor interessant. Da kan LHC efter en opgradering køre med dobbelt så høje energier, og så kan vi se langt ud over standardmodellens territorium,« siger Jørgen Beck Hansen.

Følg med hele ugen mellem jul og nytår, når Ingeniøren sætter ekstra fokus på danskerne på Cern. Mød bl.a. fysikstuderende Maria Hoffmann, som passer Atlas-detektoren, den danske elektronikingeniør, som byggede det gamle kontrolrum ud af bl.a. en bowlingkugle og noget gulvlak og få en rundtur i LHC’s kontrolcenter sammen med den danske maskinmester.