Fundamental fysik bloghoved

Intet resultat er også et resultat

Det gamle mantra om at 'intet resultat er også et resultat' er ganske relevant når man beskæftiger sig med at kontrollere om der eksisterer fysik ud over den Standardmodel vi kender. Langt størstedelen af de artikler mine eksperimentelle kolleger skriver handler i virkeligheden om at vise at vi intet overraskende ser. Problemet med den type artikler er naturligvis at de let opfattes som kedeligt 'rugbrødsarbejde' som ingen gider referere eller skrive om. Det er naturligvis meget mere sexet at sige noget om den nyeste spekulative artikel om sorte huller, men på mange måder er artiklen der præsenterer 'intet resultat' mindst lige så spændende. Ikke mindst fordi den fortæller os noget om ting vi helt konkret kan se i eksperimenter. Så i dag vil jeg fortælle lidt om CMS-eksperimentets seneste bud på søgen efter ny fysik.

I denne artikel leder man efter ny fysik i en noget rodet sluttilstand. Den skal bestå af to leptoner, to 'jets' og manglende transvers energi ('missing eT'). Alle tre er gode komponenter at forstå, hvis man vil lære en analyse bedre at kende.

Detektorerne ved LHC er bygget op på stort set samme måde. De følger princippet 'Lag-på-lag'. Hvert lag er så specialiseret i at måle noget bestemt. CMS-detektorens opbygning kan ses herunder (billede fra wikimedia). Længst ude til venstre har vi selve sammenstødet. Alt hvad der bliver produceret af eksotiske partikler, også dem der kommer fra eventuel ny fysik, produceres her, og når at henfalde til ting vi kender før det kan måles ude i detektorerne til højre.

Illustration: Privatfoto

Leptoner er fællesbetegnelsen for elektroner og dens tunge fætre muonen og tau-partiklen. De er ret gode at kigge efter, da leptoner opfører sig nogenlunde 'ordentligt'. Elektronerne fanges i det elektromagnetiske kalorimeter (følg den røde linje på figuren) og muoner fanges i muon-systemet yderst (følg den blå linje). Tau-partikler når at henfalde meget hurtigt, men da man har styr på hvad den henfalder til, kan de rekonstrueres.

Jets er vores betegnelse for en stor mængde partikler, bygget af kvarker og gluoner, på vej i samme retning, som i en jet-strøm. Når der produceres kvarker eller gluoner i et sammenstød, vil de nemlig ikke kunne fortsætte ret lang tid alene, men splitte sig op i mange forskellige kvarker og gluoner, der så udgør jetten. Grunden til dette er, at kvarker og gluoner ikke kan observeres alene. Jeg har tidligere skrevet lidt om hvordan kvarker er fanget i hadroner her. Det udgår naturligvis et praktisk problem at afgøre om en given, målt hadron nu tilhører den ene eller den anden jet. Til dette formål bruger man jet-algoritmer der minder meget om de teknikker man bruger til digital genkendelse af objekter på fotografier.

Manglende transvers energi er i virkeligheden et udtryk for en partikel af typen 'neutrino'. Problemet med neutrinoer er, at de er utroligt vanskelige at måle. Det kan godt lade sig gøre, men selv med kæmpemæssige detektorer vil der passere millioner af neutrinoer uset gennem detektoren for hver gang man måler én. Derfor vælger man at 'se' neutrinoer ved at se, at der mangler noget. Helt konkret ved vi at impulsen i kollisionen skal være bevaret i alle planer, så hvis vi kan måle en nettoimpuls i det transverse plan, må vi lægge en neutrino til for at bringe balance i regnskabet. Neutrinoer måles altså ved at se efter om der mangler noget.

Som eksempel på det signal man leder efter med alle disse tre ingredienser, kan man se dette figur. Den læses også fra venstre mod højre. De store P'er ude til venstre er de protoner der støder sammen. De producerer så de to b-er med ~ over, som er de nye partikler vi leder efter. De henfalder hurtigt til almindelige b-kvarker, der siden bliver til jets. Dette sker ved udsending af 'neutralinoer' (en ny klasse af neutrinoer) der bliver til leptoner og manglende transvers energi.

Det kan virke ret arbitrært med alle disse nye partikler der postuleres, og som man så finder ud af ikke eksisterer alligevel. Her skal man huske på at ovenstående bare er én type ny fysik ud af mange. Til syvende og sidst vil alt kunne måles som enten leptoner, jets eller manglende transvers energi i detektoren, og hvis man ser noget der er over den forventede baggrund ved man at der er fundet noget - uafhængigt af hvilken model der så passer til.

Og som jeg nok allerede har sagt i overskriften så passer det man ser desværre med forudsigelserne. Desværre fordi det er enhver partikelfysikers drøm at der eksisterer mere fysik end det vi kender. Men selv dette resultat er værd at kigge lidt på. Herunder er fordelingen i manglende transvers energi. De sorte punkter er målepunkter, og de farvede områder er den forventede baggrund som man har kørt en computersimulation for at finde frem til. Hver farve svarer til en særlig type baggrund. Personligt synes jeg det er forbløffende at man kan forudsige denne baggrund så godt (data er ret præcist lige på!) over fem størrelsesordener.

Personligt gør det også mig mere sikker på den lidt sjove idé om at måle neutrinoer ved at se efter hvad der mangler. De simulationer der ligger til grund for figuren er lavet med neutrinoer, og det at figuren passer så godt som den gør, viser også hvor sikre vi er på at neutrinoer kan måles som manglende transvers energi.

Hvis man skulle yde det store arbejde der foregår rundt omkring retfærdighed, burde man vel skrive ti gange så meget om undersøgelser uden resultat som dem med resultat. Det kommer nok aldrig til at ske. Men de er værd at nævne, for det faktum at vi ikke er blevet overrasket af data, viser i virkeligheden også at der findes meget fysik som vi har rigtig godt styr på - også inden for partikelfysik.

Christian Bierlich er teoretisk partikelfysiker og er i gang med en ph.d. ved Lund Universitet. Han skriver om stort og småt fra fysikkens verden.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Ja - det er egentlig bare et input hvis du trænger til nye tanker. Det er jo for længst bevist at Einsteins teorier er modbevist, så man må jo finde på en alternativ teori, der beskriver vores verden bedre, og løser alle disse uløste problemer, som aldrig kommer tiul at blive beskrevet med de gældende modeller. Min holdnin er, at man kan ikke kritisere en teori uden at komme med en bedre, så selvfølgelig har jeg udviklet en sådan. Ikke bare tanker, men understøttet af computermodeller,som også ligger til fri download. Har vi overhovedet brug for mere en 3 standardpartikler? Se f.eks: https://plus.google.com/photos/11192774188... Jeg gider ikke bruge tid på diskussioner, men bemærk især at en Neutron IKKE er en selvstændig partikel, da den henfalder. OSV. Med venlig hilsen 'the ol' man'

  • 0
  • 7
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten