Den forkætrede Higgs-partikel, som tilføjer masse til alle andre partikler i universet, er nu - næsten - i sigte. Den store LHC-accelerator i Cern har længe haft sigtekornet peget lige mod det område, hvor Higgs'en skal befinde sig, og hamrer universets byggesten i stykker hvert sekund, så man kan se, hvad de består af. Enorme datamængder fra disse sammenstød er blevet behandlet, og resultaterne er klar til at se dagens lys.
Derfor er det med stor spænding, forskerne ved de to kæmpeeksperimenter, Atlas og CMS, skal mødes på tirsdag for at udveksle deres respektive resultater.
Danmark deltager i Atlas-eksperimentet, og fra dansk side kommer professor Jørn Dines Hansen fra Niels Bohr Instituttet.
»I vores eksperiment har vi en mindre top ved 2,5 sigma, og hvis det andet eksperiment, som efter rygterne har en tilsvarende top, også har toppen ved den samme partikelmasse, så begynder det at ligne noget,« siger han.
Sigma-tallet (eller antallet af standardafvigelser) er her et udtryk for statistisk kvalitet, altså den troværdighed, der kan tillægges et forskningsresultat, som fremkommer ved at sammenholde meget store datamængder.
En grundig metode til at fange fisk
Det er på forhånd aftalt, at hvis den fortsatte akkumulering af data fra eksperimenterne giver sigma-tallet 5, så skal det betragtes som et bevis på Higgs-partiklens masse. Men det er dog alt for tidligt. Der skal stadig et års intense atomkollisioner til, før 5 sigma kan nås. Forudsætningen er også, at LHC-acceleratoren fortsætter med at virke så fortrinligt, som den gør nu.
Den Higgs-masse, som begge eksperimenter peger på nu som den mest sandsynlige, er 125 GeV (gigaelektronvolt).
Det er den masse, der er tilbage, efter at forskerne har udelukket alle andre muligheder. Dels ved tidligere eksperimenter, dels fordi nogle masse-intervaller ikke kan lade sig gøre.
Fremgangsmåden er blevet sammenlignet med at fange fisk ved at tømme søen for vand, spand for spand. Til sidst, når søen er helt tømt, skal fisken ligge på det sted, hvor søen var dybest.
»Det er en udmærket sammenligning, for der er ikke et ret stort område tilbage,« siger Jørn Dines Hansen.
Higgs er bedste forklaring på Standard-modellens defekt
Forskerne fra Atlas og CMS, som skal mødes på tirsdag, har tidligere haft et tilsvarende møde, dengang der kun var halvt så mange statistiske data som nu. Dengang kombinerede man data fra begge eksperimenter for at få et samlet resultat.
»Dengang kunne man kun sige, at det samlede resultat så spændende ud - ikke mere. Det er ikke sikkert, at resultaterne bliver kombineret på samme måde nu. Det diskuteres stadig. Den oprindelige aftale er, at hvert forsøg publicerer for sig, og derpå kombinerer man. Men man har rådighed over alle de analyser og programmer, der skal til for at kombinere. Så i princippet kan man godt kombinere på tirsdag, hvis man vælger det,« siger han.
Og det er sandsynligt, fordi datamængden i begge projekter stadig er for lille til, at man kan konkludere noget.
Hvad sker der, hvis der ikke er nogen fisk på bunden?
»Det vil blive et problem for Standard-modellen, som beskriver hele naturen. Modellen kræver, at partikler ingen masse har - og det er jo åbenlyst forkert. Derfor har man måttet udbygge Standard-modellen med et eller andet, som giver dem masse. Den tidligere Cern-accelerator, LEP, som var meget præcis, gav heller ikke målinger, der svarede til Standard-modellen, med mindre man tilføjede noget. Og den tilføjelse, der har givet de bedste regneresultater, er Higgs-partiklen. Derfor er vi mange, der mener, at Higgs er den bedste forklaring. Mange andre modeller har været forsøgt, men ingen der er bedre end Higgs til at forklare LEP-resultaterne,« siger han.
Selve Standard-modellen er på spil
Kunne det være mangel på fantasi, at man ikke har fundet på bedre teorier end Higgs-partiklen?
»Det er præcis det. Det kan det nemlig godt være. Man er nødt til at sige, at hvis vi ikke finder Higgs, så har vi ikke fantasi nok. Så er det den rigtige idé, der mangler.«
Den Higgs-masse, som er i spil nu, 125 GeV, passer dog fint med LEP-resultaterne. Og det er en masse, som er på grænsen af, hvad LEP var i stand til at måle. Hvis den faktisk var mellem LEP's resultater, så kunne den ikke opdages på grund af måleusikkerhed.
Hvis der ikke er nogen fisk på bunden, kan det så være, fordi LHC-acceleratoren ikke er god nok?
»Det tror jeg ikke på. LHC har vist sig være meget præcis, og den har forbedret mange tidligere resultater. Hvis vi ikke finder Higgs, så er det Standard-modellen, der har et problem. Det er jeg ikke i tvivl om,«
Han tilføjer dog, at der stadig er nogle muligheder med både Higgs og andre teoretiske partikler med en meget højere masse end de 125 GeV. Men partikler med så høj masse optræder meget sjældent, så denne jagt vil tage meget lang tid.
»Det er muligt, og derfor vil man jo fortsætte med at lave eksperimenter med LHC,« siger han.
Flere dimensioner kan være mulige
»Standard-modellen er kun korrekt ved vores energiniveauer. Hvis man kommer meget højt op, så bliver der problemer med modellen, med eksotiske processer. Det er forsøg, der ikke kan laves i laboratorier.«
»Der er heller ikke noget i vejen for, at masserne kan være mindre, så kunne de vise de såkaldte super-symmetriske partikler, men dem har vi ikke set noget til. Vi har også mulighed for at se effekter af, hvis der skulle være mere end fire dimensioner, altså tre rumlige og en tidsdimension. Det er en forsøgsmulighed ved LHC-acceleratoren, men det kræver mange flere data. Det vi ved, vi kan svare ja eller nej til, er, om Higgs'en eksisterer med de egenskaber, som vi tror, den har.«
Men der er nogle veje ud af miseren, hvis Higgs ikke viser sig. Hvis den for eksempel i virkeligheden selv består af nogle meget mindre partikler, som forsvinder hurtigt. Hurtigere end de kan blive observeret.
»Sådan noget kunne ske,« siger han.
Metoden kræver vilde datamængder
Så forskerne har stadig brug for lidt held - på trods af, at den kostbare LHC-accelerator har vist sig at fungere endnu bedre end forventet.
»Det er jo derfor, vi har to forskellige eksperimenter, så vi kan udelukke, at et resultat i virkeligheden er en effekt ved apparatet. De to detektorer er bevidst konstrueret sådan, at hvis man finder et eller andet, så er det usandsynligt, at det har en fælles årsag i opstillingerne.«
Hvor stort er problemet i at benytte den gamle videnskabelige fremgangsmåde, at man kigger efter hvide får i lang tid og til sidst når frem til, at alle verdens får er hvide, fordi man ikke har fundet nogen med andre farver?
»Det er jo den metode, vi bruger. Og det er præcis det, der gør, at vi ikke er sikre. Der skal mange data til, før resultatet er overbevisende. Og det er derfor, man har lavet den aftale, at 5 sigma er et bevis på Higgs-partiklens eksistens. Og hvis det sker, så vil det holde indtil en gang i fremtiden, hvor man måske laver et forsøg, der siger, at vi tog fejl.«
Men på tirsdag præsenteres de to eksperimenters resultater. Hvis begge eksperimenter viser, at Higgs-partiklen har en masse på 125 GeV med en statistisk kvalitet på 2,5 sigma, så er det et vægtigt indicium på, at den flygtige partikel er sat på plads.
Der vil ifølge Jørn Dines Hansen være et vist pres på forskerne om at lægge resultaterne sammen og vise et fælles resultat, som i givet fald vil kunne øge indiciets vægt.
Men det vil stadig ikke være det endelige bevis før til næste år - måske.
