Stående applaus og gråtende forskere er ikke dagligdags. Men denne julidagen i Sveits for ti år siden var en spesiell dag for mange, også for professor Alex Read ved Universitetet i Oslo. Han sier det var som på en rockekonsert.
Det store auditoriet på forskningssenteret Cern var fylt til randen. Køen av folk som ville inn, hadde begynt å danne seg allerede kvelden før.
– Jeg var heldig og hadde reservert plass, forteller Read.
I et radiostudio på Marienlyst satt doktorgradsstudent Lillian Smestad. Hun var invitert av Ekko-redaksjonen for å kommentere sendingen fra Cern underveis.
To eksperimenter, Atlas og CMS, skulle offentliggjøre resultater fra letingen etter higgsbosonet, en sentral partikkel i forskernes teorier, som hadde vist seg å være svært så vanskelig å finne.
Forskerne i de to eksperimentene kjente ikke hverandres resultater, så både de og resten av publikum var spente.
– CMS var først ute med å presentere. Jeg var mest spent på dem – jeg jobbet i Atlas og visste hva vi hadde, forteller Smestad.
– Jeg så på CMS' resultater, og det var noe av det nydeligste jeg har sett i hele mitt liv. Jeg får nesten tårer i øynene når jeg forteller om det nå, sier hun.
Motstand og tapte veddemål
For å forstå hvorfor denne oppdagelsen kunne skape så store følelser, må vi tilbake til 1960-tallet.
Peter Higgs og andre som jobbet med teorien på 1960-tallet, foreslo at universet er fylt av et felt som vi i dag kaller higgsfeltet. Feltet gjør at noen partikler som beveger seg i det, får masse.
Forslaget vakte ikke umiddelbar begeistring. Den berømte fysikeren Werner Heisenberg avviste mekanismen som søppel.
Higgsfelt-teorien var egentlig ikke oppfunnet for å gi masse til elementærpartikler, men til enkelte sammensatte partikler.
Det var Abdus Salam og Steven Weinberg som i 1967 fant ut at vi kan låne mekanismen og bruke den til å gi masse til elementærpartikler. De fikk senere nobelpris for ideen.
– Men det var ikke sånn at de publiserte og så sa alle «yes, nå vet vi hva vi skal lete etter i eksperimentene våre». Jeg tror Weinberg måtte vente i fire år før noen i det hele tatt siterte artikkelen. Nå er han med god margin den mest siterte partikkelfysiker gjennom tidene, sier Read.
Først midt på 1970-tallet begynte forskerne å lete med eksperimenter, men helt fram til jakten lyktes nesten fire tiår senere, var mange skeptiske til om higgspartikkelen faktisk fantes.
– Jeg har en liste over folk som tapte veddemål om higgspartikkelen. Blant dem er ikke ukjente Stephen Hawking, som tapte 100 dollar, sier Read.
Den fordømte partikkelen som ble gudspartikkel
Higgsbosonet går også under navnet gudspartikkelen. Det skyldes en bok skrevet av nobelprisvinner Leon Lederman, som var direktør ved Fermilab, et konkurrerende laboratorium til Cern i USA.
Lederman skrev tidlig på 1990-tallet en bok om higgspartikkelen. På den tiden hadde det vært en rekke resultatløse forsøk på å finne partikkelen, også ved hans laboratorium.
– Han var frustrert og ville kalle boka the Goddamn particle. Forlaget nektet å sette et banneord på forsiden og foreslo the God particle isteden, forteller Read.
I 2012 var altså letingen etter «den fordømte partikkelen» omsider over. Da lyktes det forskerne å lage higgspartikler i laboratoriene på Cern.
Higgspartikkelen lever for kort til å ses
Higgsbosonet lever svært kort, bare 10-22 sekund, før det omdannes til andre partikler. Det er for kort tid til at forskerne kan studere bosonet direkte, de må derfor se på restproduktene.
Smestad og Read studerte hvordan higgspartikkelen blir til to lyspartikler.
– Higgs blir til andre partikler på en karakteristisk måte. Energien og retningen på lyspartiklene gjør at vi kan regne oss tilbake til massen til den opprinnelige partikkelen. Vi bruker blant annet Einsteins berømte formel E= mc2, forklarer Read.
– Vi så en opphopning av masser ved en bestemt verdi. Higgspartikkelen ble oppdaget av en hump på en graf, sier Smestad.
Grafen er et resultat av statistiske analyser. Grunnlaget for denne analysen er det Read selv som har lagt.
– Det er ikke så mange som vet hvor viktig og stor rolle Alex har hatt, for han er så beskjeden. Han er en av partikkelfysikkens ledende statistikkeksperter, og oppdagelsen handler om statistikk, sier Smestad.
Kvanteforskere er som aliens på fotballkamp
Verden på kvantenivå fungerer annerledes enn den vi er vant med og har intuisjon for. Forskerne som jobber med småtterier som elementærpartikler, har derfor utviklet et rikt utvalg av bilder og analogier.
Smestad gir et bilde på hvordan den indirekte letingen etter ukjente partikler kan arte seg:
– Tenk deg at aliens kommer til jorda og skal se på en fotballkamp. Disse romvesenene klarer ikke se runde objekter som er svarte og hvite, så alt de ser, er folk som løper fram og tilbake. Av og til rister det i nettene i boksene på hver ende, men de forstår ikke hva som skjer. Helt til en av dem sier: Hva hvis det var en ball der? Og da faller alt på plass.
Slik lager fysikeren perfekt karamell-fudge: Grunnfag i fysikk bør være minimumskrav
Uten higgsfelt, ingen atomer
Som nevnt sier teorien om higgsmekanismen at verden er fylt av et felt, en slags usynlig, kosmisk sirup, som gjør at partiklene som beveger seg i det, får masse.
Lillian Smestad forklarer med en analogi: Se for deg et rom fylt av festglade mennesker. De skal forestille higgsfeltet. Inn kommer en berømthet, la oss si Albert Einstein, som illuderer en partikkel. Alle vil snakke med ham og flokker seg omkring ham. Da har Albert Einstein fått masse av feltet fordi det blir vanskelig for ham å bevege seg.
Higgsbosonet selv er som et rykte om at Einstein kommer, da samler menneskene seg for å snakke om ryktet. Sammenklumpingen av feltet selv kan man tenke på som higgspartikkelen.
Higgsbosonet forteller oss noe grunnleggende om verden
Hva masse er, er et grunnleggende mysterium. Hvis elektronet ikke hadde hatt masse, ville vi for eksempel ikke hatt atomer.
– Ved å finne higgsbosonet fikk vi vite noe om hvordan verden er skrudd sammen og hvordan verden ser ut. Vi menneskene er jo nysgjerrige og vil finne ut av ting, sier Smestad.
Oppdagelsen av higgsbosonet var den siste brikken i partikkelfysikernes puslespill, standardmodellen – teorien som beskriver de grunnleggende byggesteinene og kreftene som virker mellom dem.
Men det betyr ikke at jobben er «ferdig», det er fremdeles mye vi ikke vet.
– Nå framover er det en veldig spennende tid, for vi vet ikke helt hva som kan skje. Vi har ikke noe veikart, som standardmodellen var. Den er ferdig. Skal vi forstå mer av universet, må vi gå ut over standardmodellen, og vi har ikke noe kart for det, sier Read.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
