Finländska forskare jagar Higgsbosonen

Tomas Lindén är upprymd. Det här är året då fysiker som han kommer att få lön för mödan. Året då han och tusentals kollegor hittar den sista pusselbiten i en av fysikens största gåtor: Higgsbosonen.

När det gäller vetenskap är det ändå bäst att lägga till ett ”kanske”. Och när det gäller krångliga fysikaliska fenomen är det bäst att ta det från början.

Det är tidigt 60-tal och en skotsk fysiker vid namn Peter Higgs grubblar över begreppet massa. Utan massa skulle universum se helt annorlunda ut. Exempelvis om elektronen inte hade någon massa skulle det inte finnas några atomer. Då skulle det inte heller finnas materia, inga människor.

Tidigare fysiker hade studerat hur partiklar växelverkar, det som senare kom att kallas standardmodellen. Modellen fungerade strålande, förutom på en punkt. Modellen förutspådde att de partiklar som förmedlar växelverkan, bosoner, är masslösa. Det stred mot experimentella resultat.

Fysikerna behövde ett sätt att förklara motsägelsen och där kom Peter Higgs och hans kollegor in i bilden. De upptäckte en mekanism som tillåter att partiklarna i standardmodellen har massa. Higgsmekanismen förutsätter ett fält som fyller hela rymden. Partikeln i fältet kallas Higgsbosonen. Alla partiklar växelverkar med bosonen och får massa av den. Allt är frid och fröjd med andra ord. Förutom på en punkt. Higgsbosonen har aldrig observerats i experiment. Existerar den ens?

Is i magen

Partikelfysiker Tomas Lindén vid det finländska Forskningsinstitutet för fysik är chef för databehandlingen av mätningar som når Finland från ett av Higgsexperimenten i Cern nära Genève.

– Det är väldigt spännande. En del resultat tyder på att Higgsbosonen finns, men det gäller att ha is i magen och göra ett noggrant arbete innan vi kan börja jubla, säger Lindén.

Så du tror att den finns?

– Det är möjligt, men forskare tror inte. De låter experiment bevisa faktum. Det är i alla fall en väldigt tilltalande tanke.

Det huvudsakliga letandet efter Higgspartikeln görs i partikelacceleratorn Large Hadron Collider (LHC). Higgsarbetet vid Cern har pågått i olika anläggningar sedan 1989.

Experimentet går ut på att krocka intensiva protonstrålar med varandra. Bland partiklarna som skapas vid krockarna kan Higgsbosonen finnas.

– Det krävs ungefär tio miljarder proton-proton-kollisioner och rekordmycket energi för att producera en Higgsboson, säger Lindén.

I december kunde Cern meddela att partikeln, om den existerar, troligen gömmer sig i ett visst energiintervall.

– Det är för tidigt att dra definitiva slutsatser, men resultaten är ändå underbara, sade en av forskningsledarna, Fabiola Gianotti, då.

”Som ett knytkalas”

Experimentet genererar en ofantlig mängd data som analyseras i Cerns medlemsländer runtom i världen. En del av analysmaterialet kommer till datorerna som står och brummar på Lindéns arbetsplats Physicum i Helsingfors. Skåpen med de svarta lådorna mäter några meter på bredden och höjden och motsvarar ungefär 400 vanliga bordsdatorer. Trots det har de bara kapacitet att behandla mellan en och två procent av datamängderna från Cern.

Har någon väsentlig information hittats i ert material?

– Vårt material innehåller filer som är nödvändiga för Higgsanalysen. Vi ser ändå inte dataplaceringen som så viktig utan mer som ett knytkalas där alla deltagande universitet bidrar med beräkningsresurser. Resultatet blir en världsomfattande virtuell superdator, säger Lindén.

Finländska forskare och företag har också bidragit med en del av komponenterna till experimentanläggningen Compact Muon Solenoid (CMS) i Cern.

På Physicum finns exempelvis prototypen till kiseldetektorn som finns i kärnan av experimentet i Cern.

– Vår detektor kan bidra med reservdelar om något i Cerndetektorn skulle råka gå sönder, säger Lindéns kollega Teppo Mäenpää som är expert på detektorn.

Cerndetektorns uppgift är att göra noggranna mätningar av partiklarnas banor när experimenten genomförs. Kanske någon dag i år leder den fysikerna fram till partikeln som gäckat dem i årtionden.

– Det finns goda chanser för en upptäckt i år. Men det är också en upptäckt om vi kan utesluta att Higgsbosonen existerar, säger Lindén.

Blir ni besvikna om den inte finns?

– Det är förstås mer tillfredsställande om den finns, men det viktigaste är att vi hittar något. Om den inte existerar måste vi fundera ut hur vi ska lösa problemen inom teorin.

Vad händer om ni hittar den?

– Då är vi ett steg närmare att förstå naturen, dess beståndsdelar och hur de växelverkar. Vi kommer att få en idé om Higgspartikelns massa och försöka mäta den.

– Det är också ett resultat som småningom kommer in i partikelfysikens läroböcker.

Fysikerna kommer alltså att vara nöjda för en stund.

– Tänk på att det var en idé som först ritades på ett A4-papper. Sedan har tusentals människor jobbat med planerandet och byggandet av experiment i tiotals år. Arbetet med teorier och resultat handlar om ett samarbete som fungerar oberoende av språk, kultur och religion, säger Lindén.

Det ni.

Lindén avbryter snabbt dagdrömmerierna om belåtna fysiker.

– Det finns mer potential i Cern än så här. Vi kan hitta supersymmetrier, mörk materia eller något annat helt oväntat ...

Fysikens heliga graal
• Higgsbosonen, Higgspartikeln eller Gudspartikeln är den enda pusselbiten som saknas i standardmodellen, den rådande teorin om materien och universums uppbyggnad.
• Partikeln förklarar varför andra partiklar har massa och dessutom olika massa. Om det visar sig att Higgsbosonen existerar bekräftas idén om Higgsmekanismen som förenar två av universums fyra fundamentala krafter, kvantelektrodynamiken och den svaga växelverkan, till elektrosvag växelverkan.
• Partikeln förutspåddes av den skotske fysikern Peter Higgs och fem andra fysiker första gången 1964. I decennier har fysiker letat efter den – tills vidare utan framgång.
• Forskning kring Higgsbosonen pågår i partikelacceleratorn Large Hadron Collider (LHC) vid Cern nära Genève. Utifrån mätningar och analys kunde Cern i höstas definiera ett energiintervall där partikeln, om den existerar, sannolikt gömmer sig. Energiintervallet är cirka 123–140 gånger protonens massa.
• Finland har sedan 1990 varit med i arbetet med LHC-experimentet Compact Muon Solenoid (CMS).
• Delar av detektorer, elektronik och supraledande material kommer från Finland. Forskare från Finland har också varit med och designat experiment. Nu analyseras resultaten i datorer i Forskningsinstitutet för fysik i Helsingfors (HIP) och i Centret för vetenskapliga beräkningar (CSC) i Esbo.
• Finland deltar för tillfället i en offerttävling om utlokalisering av Cerns centrala databehandlingsresurser. Om Finland vinner kommer arbetet att ske i CSC:s nya superdatorcenter i en gammal pappersfabrik i Kajana.
• Cerns medlemsländer betalar en viss andel av bnp till forskningen. Värdet av finländska företags leveranser till Cern översteg medlemsavgiften 2000–2008 då CMS och LHC byggdes.
Källor: Cern, Helsingfors universitet, Uppsala universitet, TT