Logga in på Dagens Nyheter

Här kan du som DN-kund logga in för obegränsad läsning av DN.se och e-DN.

Med ett gratiskonto kan du följa skribenter och ämnen samt spara artiklar.

Sverige

Möjlig ny upptäckt större än Higgspartikeln

En kollision mellan två protoner nära ljushastigheten, där det bildas två fotoner med en sammanlagd energi på 750 gigaelektronvolt, i CMS-detektorn på LHC. Ett oväntat stort överskott av liknande händelser i både CMS och Atlas är ett första tecken på en ny helt okänd partikel.
En kollision mellan två protoner nära ljushastigheten, där det bildas två fotoner med en sammanlagd energi på 750 gigaelektronvolt, i CMS-detektorn på LHC. Ett oväntat stort överskott av liknande händelser i både CMS och Atlas är ett första tecken på en ny helt okänd partikel. Foto: Thomas McCauley

Två experiment på Cern kan ha sett tecken på en hittills okänd partikel. Håller resultaten är detta det första helt nya och oväntade fyndet inom fysiken på många decennier, och mycket större än upptäckten av Higgspartikeln.

Foto: Elin LindwallI veckan började protoner åter kollidera i jättemaskinen Large Hadron Collider, LHC, på Cern. Den 27 kilometer långa partikelacceleratorn ligger ungefär 100 meter under jord utanför Genève, och är alltid avstängd för underhåll under vintern. I år blev starten efter vinteruppehållet lite försenad. Ett litet djur, förmodligen en mård, hade klättrat in och gnagt på en kabel. Mården dog, och LHC fick tekniska problem som tog några dagar att reparera.

Läs mer: "Nu måste fysikerna lära sig mer om partikeln"

Acceleratorn ska köra ända till oktober, och i år kan det bli mer spännande än någonsin. Fysikerna såg tecken på en helt ny och okänd partikel i höstas, och nu väntar alla på att få veta om resultaten håller.

– Det är det första riktigt nya på många decennier. Det passar inte alls in i modellerna, utan är något fullständigt oväntat, säger Ulf Danielsson, professor i teoretisk fysik vid Uppsala universitet.

När protoner frontalkrockar vid närapå ljusets hastighet i LHC krossas de, och nya partiklar bildas och kastas ut åt alla håll. Runt två av kollisionsplatserna finns detektorer stora som flervåningshus – Atlas och CMS – som ser spår av partiklarna som skapas. Spåren hjälper fysikerna att dra slutsatser om vad som hände vid krocken.

Förra året började LHC köra med nästan dubbelt så hög energi som tidigare, efter en två år lång ombyggnad. Under hösten kom de första tecknen på något ovanligt. Fysikerna såg överraskande många kollisioner där två ljuspartiklar, så kallade fotoner, bildades vid vissa energier. Massa och energi är två sidor av samma sak, och kan omvandlas till varandra – något Albert Einstein visade med sin berömda formel E = mc2. Partikelfysiker brukar därför använda enheten elektronvolt för både massa och energi. Fotonerna verkar komma från en okänd partikel med massan 750 gigaelektronvolt. Själva ursprungspartikeln lever så kort tid att den aldrig hinner fångas på bild, och därför är det bara de två dotterfotonerna som den sönderfaller till som syns i detektorerna.

Foto: Martial TrezziniAcceleration LHC ligger i en 27 kilometer lång tunnel nära Genève. Foto: AP

Hittills är Higgspartikeln den största upptäckten som gjorts vid LHC. I juli 2012 presenterades resultaten, och redan året därpå fick François Englert och Peter Higgs Nobelpriset i fysik för att de förutsagt partikelns existens i början av 1960-talet. Higgspartikeln var alltså ingen överraskning, utan något fysiker letat efter i nästan 50 år.

Den passar väl in i teorin som kallas Standardmodellen, som beskriver elementarpartiklarna som bygger upp materian och krafterna som verkar på dem.

Men den nya eventuella upptäckten stämmer inte alls med teorin.

Om man skulle be fysiker satsa pengar på om det verkligen är en ny partikel skulle nog de flesta satsa emot i det här läget.

– Om det skulle hålla är det jättestort. Det skulle vara LHC:s första indikation på fysik bortom Standardmodellen, och mycket större än upptäckten av Higgspartikeln. Vi skulle sticka hål på Standardmodellen för första gången, säger Sara Strandberg, forskare vid Stockholms universitet som jobbar med Atlas-detektorn på LHC.

Men hon vill inte ta ut någonting i förskott. Det händer ofta att oväntade signaler dyker upp i partikelfysikexperiment för att sedan försvinna när fysikerna samlat in mer data.

– Det är för tidigt att säga vare sig bu eller bä. Alla är väldigt nyfikna. Överskottet kan bli tydligare, men det kan precis lika gärna försvinna. Om man skulle be fysiker satsa pengar på om det verkligen är en ny partikel skulle nog de flesta satsa emot i det här läget, säger hon.

Den lilla signalen vid 750 gigaelektronvolt försvann i alla fall inte under hösten, och inte heller i de mer omfattande analyser av data som LHC-fysikerna presenterade för varandra när de träffades i franska Moriond på en av sina två årliga konferenser för en dryg månad sedan. Dessutom har både Atlas och CMS sett samma oväntade överskott av fotoner.

Det finns redan gott om teorier om vad den nya upptäckten skulle kunna vara. Fler än 200 vetenskapliga artiklar med möjliga förklaringar har skrivits.

– Det saknas inte förslag. Men de flesta av dem har en del problem, säger Ulf Danielsson.

Några menar att fyndet kan vara en ny och tyngre Higgspartikel, men det stämmer inte riktigt med att den bara verkar sönderfalla två fotoner, och inte till den kända, lättare Higgspartikeln. Ett annat alternativ är att det är en sammansatt partikel som hålls ihop av en ny kraft som vi inte känner till. Ytterligare en förklaring är att 750-gigaelektronvoltspartikeln är ett spår av en så kallad graviton, en partikel som förmedlar gravitationskraften, som kilat iväg ut i en annan dimension.

Foto: Claudia MarcelloniEn muralmålning av Atlas-detektorn på Cern, av konstnären Josef Kristofoletti. Foto: Claudia Marcelloni

Ulf Danielssons egen teori, som han har utvecklat tillsammans med några kollegor, är att den så kallade finstrukturkonstanten, som talar om hur stark den elektromagnetiska kraften är, inte är en konstant utan kan ha lite varierande värden. Den utgår från hans forskningsområde strängteorin, som säger att universums mest fundamentala byggstenar är små vibrerande strängar.

– Vår tanke är att finstrukturkonstanten kan börja ruska på sig litegrann vid 750 gigaelektronvolt. I strängteorin kan alla sådana konstanter alltid börja vibrera. Alla måste vara möjliga att rucka ur sitt läge, säger han.

Partikelfysiker har mycket höga krav på bevis för nya fynd. Innan de säger att det verkligen finns en partikel vid 750 gigaelektronvolt får det vara högst en chans på 3,5 miljoner för att signalen bara beror på slumpen. Dit är det en bit kvar. Men efter sommaren har det förhoppningsvis kommit tillräckligt med nya data från LHC för att avgöra om den sensationella upptäckten finns kvar eller om alltihop försvunnit.

– Det är spännande att följa processen. Vi är hela tiden medvetna om vad vi vet och vad vi inte vet. Det är också ett bra sätt att visa hur den experimentella vetenskapen fungerar, säger Ulf Danielsson.

– Vi experimentalister har som jobb att analysera data, och vi säger bara det som data säger. Det är inte vårt jobb att spekulera. Teoretikernas jobb är att tolka data, och det hör till sakens natur att det blir mer spekulativt. Det är lite symtomatiskt att det kommit så många artiklar om detta. Teoretikerna har fått vänta så länge på något helt nytt och oväntat att sätta tänderna i, säger Sara Strandberg.

Fakta. Cern och LHC

Cern är världens största centrum för partikelfysikforskning.

Det finns flera partikelacceleratorer på Cern. Den största, Large Hadron Collider, LHC, ligger i en 27 kilometer lång tunnel på gränsen mellan Schweiz och Frankrike.

I LHC får protoner med hastigheter mycket nära ljushastigheten krocka med varandra. I kollisionerna skapas tillstånd som liknar dem som rådde i universums tidigaste barndom.

Ulf Danielsson, Rikard Enberg, Gunnar Ingelman och Tanumoy Manda vid Uppsala universitet beskriver sin teori om den möjliga nya partikeln i artikeln ”The force awakens – the 750 GeV diphoton excess at the LHC from a varying electromagnetic coupling” på den vetenskapliga sajten arxiv.org.

Så här jobbar DN med kvalitetsjournalistik: uppgifter som publiceras ska vara sanna och relevanta. Rykten räcker inte. Vi strävar efter förstahandskällor och att vara på plats där det händer. Trovärdighet och opartiskhet är centrala värden för vår nyhetsjournalistik. Läs mer här.