Institutionen för fysik och astronomi

Populärvetenskaplig presentation: Higgspartikeln

Higgsbosonen

Standardmodellen för partikelfysik beskriver framgångsrikt alla de elementarpartiklar vi känner till och hur de växelverkar med varandra. Men vår förståelse av naturen är inte komplett. Framförallt kan de partiklar i standardmodellen som vi känner till inte besvara en grundläggande fråga: Varför har de flesta elementarpartiklar massa?

Utan massa skulle universum se helt annorlunda ut. Till exempel, om elektronen inte hade någon massa skulle det inte finnas några atomer. Då skulle det inte heller finnas någon vanlig materia, ingen kemi, ingen biologi och inga människor. Dessutom lyser solen tack vare en delikat balans mellan de olika grundläggande krafterna i naturen som skulle ställas helt på sin ända om en del av de kraftbärande partiklarna inte hade en stor massa.

Vid första påseende verkar det som begreppet massa inte passar in i standardmodellen för partikelfysik. Två av de krafter som modellen beskriver - elektromagnetism och den svaga kärnkraften - kan beskrivas med en gemensam teori, den för den elektrosvaga kraften. Fysiker har testat den elektrosvaga teorin med många olika experiment, och den har klarat alla med flaggan i topp. Trots det verkar det som de grundläggande ekvationerna kräver att alla elementarpartiklar är masslösa.

Fysikerna behövde ett sätta att förklara denna motsägelse. Peter Higgs och flera andra fysiker, upptäckte en mekanism som tillåter att partiklarna i standardmodellen har massa. Denna mekanism kallas numera Higgsmekanismen. Genom att göra denna till en del av standardmodellen kunde fysiker göra förutsägelser för en rad storheter, som till exempel massan för den tyngsta partikel vi känner till, toppkvarken. Experiment vid Tevatronacceleratorn på Fermilab, hittade toppkvarken med den massa som man kunde förutsäga med hjälp av ekvationer som använde sig av Higgsmekanismen.

Enligt teorin fungerar Higgsmekanismen som ett medium som finns överallt. Partiklar får massa genom att växelverka med detta medium. Peter Higgs påpekade att mekanismen krävde att det finns ytterligare en hittills okänd partikel, som vi nu kallar Higgsbosonen. Higgsbosonen är en grundläggande del av Higgsmediet, på ett liknande sätt som fotoner är en grundläggande del av ljus.

Higgsbosonen är den enda partikeln som förutsägs av standardmodellen som ännu inte har observerats i experiment. Higgsmekanismen förutsäger inte vilken massa Higgsbosonen har utan snarare ett område inom vilket massan bör finnas. Som tur är skulle Higgsbosonen ge ett unikt partikelavtryck som beror av dess massa. Så fysiker vet vad de ska leta efter och de skulle kunna beräkna massan från de partiklar de ser i detektorn.

Det är också möjligt att experimenten visar att Higgsbosonens massa är annorlunda än vad man förväntar sig i standardmodellen. Många teorier, som till exempel supersymmetri och modeller med substruktur, förutsäger att det finns ett helt zoo av nya partiklar, bland annat flera sorters Higgsbosoner. Om någon av dessa teorier visar sig stämma skulle Higgsbosonen kunna bli en port till en ny värld av partiklar att upptäcka. Å andra sidan, om LHC inte hittar någon Higgsboson skulle det ge stöd till en annan klass av teorier som förklarar Higgsmekanismen på ett annat sätt.

Senaste nytt om sökandet efter Higgspartikeln kan hittas här: Atlas.ch.