Det var måske alligevel ikke en Higgs-partikel

Mange data og beregninger indikerer, at det var den berømte Higgs-partikel, der sidste år blev opdaget i CERNs partikelaccelerator LHC. Fysikerne er enige om, at CERNs eksperimenter rent faktisk fandt en ny partikel, som man ikke har set før.

Men det er ikke sikkert, at det er en Higgs-partikel, mener et internationalt forskerhold, bestående af bl.a. Mads Toudal Frandsen, lektor ved Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci på Syddansk Universitet.

Forskerholdet har gransket de eksisterende videnskabelige data fra CERN om den nyfundne partikel og offentliggør deres analyse i tidsskriftet Physical Review D.

Her holder enigheden op

”Vi har analyseret de CERN data, som viser eksistensen af en ny partikel, og som almindeligvis tages som bevis for, at det er Higgs-partiklen, der er fundet. Det er rigtigt, at Higgs-partiklen kan forklare de data: At vi ville se de data, hvis Higgs-partiklen findes. Men der kan også være andre årsager til data’ene. Vi ville også kunne få disse data fra andre partikler”, forklarer Mads Toudal Frandsen.

Forskernes gennemgang afliver altså ikke muligheden for, at CERN har opdaget Higgs-partiklen. Det er stadig sandsynligt – men det er stort set lige så sandsynligt, at der er tale om en anden Higgs-lignende partikel.

”De data, vi har i øjeblikket, er ikke præcise nok til at afgøre, præcis hvad det er for en partikel, der er fundet. Der er stadig flere kendte partikler, der alle minder om Higgs partiklen, og som kan forklare det, der er blevet fundet”, siger Mads Toudal Frandsen.

Men hvis det ikke er Higgs-partiklen, der blev fundet i CERNs partikel accelerator, hvad er det så?

”Vi mener, at det kan være en såkaldt Techni-Higgs-partikel.  Den minder på nogle måder om selve Higgs-partiklen - derfor halvdelen af navnet. Det er forventeligt, at der ikke kan skelnes imellem dem på dette tidspunkt i studiet af dem”, siger Mads Toudal Frandsen.

To vidt forskellige verdensbilleder

Selvom Techni-Higgs-partiklen og Higgs-partiklen umiddelbart kan forveksles i eksperimenter, er der i sidste ende tale om to meget forskellige partikler, som hører til to meget forskellige teorier for, hvordan universet er skruet sammen.

Higgs-partiklen er den manglende brik i den teori, der kaldes standardmodellen og som beskriver de kendte elementarpartikler og deres vekselvirkninger. Men den kan f.eks. ikke forklare, hvad mørkt stof er – det stof, som vi ved, udgør størstedelen af universet, selvom vi ikke har kunnet studere det direkte i eksperimenter endnu.

En Techni-Higgs-partikel er en helt anden størrelse, hvis den findes:

”En Techni-Higgs-partikel er ikke en elementarpartikel. I stedet består den af såkaldte techni-kvarker, som vi mener, er elementære. Techni-kvarker kan binde sig sammen på forskellige måder og danne f. eks. Techni-Higgs-partikler, men andre kombinationer kan f.eks. udgøre det mørke stof. Vi forventer altså at finde flere forskellige partikler i LHC, alle opbygget af de samme techni-kvarker”, lyder det fra Mads Toudal Frandsen.

Der mangler en femte naturkraft

Hvis der findes techni-kvarker, skal der være en kraft til at binde dem sammen, så de kan udgøre partikler. Ingen af de fire kendte naturkrafter: tyngdekraften, den elektromagnetiske kraft, den svage kernekraft og den stærke kernekraft, duer til at binde techni-kvarker sammen. Der må altså være en endnu uopdaget naturkraft, og den kalder forskerne for technicolor-kraften.

Det, som forskerne sidste år fandt i CERNs accelerator, kan altså både være en Higgs og en let Techni-Higgs-partikel, der kun er sammensat af to techni-kvarker. 

Mads Toudal Frandsen peger på, at mere data fra LHC formentlig vil kunne afgøre, om det er en Higgs eller en Techni-Higgs, der er fundet. En endnu stærkere accelerator vil i princippet også kunne observere techni-kvarkerne direkte.

Ud over Mads Toudal Frandsen består holdet bag den videnskabelige artikel af: Alexander Belyaev og Matthew S. Brown fra University of Southampton, UK samt Roshan Foadi fra Univeristy of Helsinki, Finland.

Fakta om elementarpartikler

En elementarpartikel er en partikel, der ikke kan deles i mindre bestanddele. I lang tid troede man, at atomer var elementarpartikler, men i starten af 1900-tallet blev det klart, at atomer bestod af protoner og elektroner og senere også af neutroner. I midten af 1900-tallet blev det yderligere klart, at protoner og neutroner bestod af kvarker, hold sammen af den stærke kernekraft.  Siden er flere kommet til. Elementarpartikler deles i dag op i to kategorier: stofpartikler (fermioner) og kraftpartikler (bosoner).

Ref: Technicolor Higgs boson in the light of LHC data. Phys. Rev. D 90, 035012. Alexander Belyaev, Matthew S. Brown, Roshan Foadi, and Mads T. Frandsen.

Kontakt Lektor Mads Toudal Frandsen. Tlf:  6550 4521. Email: frandsen@cp3.dias.sdu.dk