Denne sommer i Chicago, fra den 3. august til den 10., deltager teoretikere og eksperimentelle fysikere fra hele verden i den internationale konference for højenergifysik (ICHEP). Et af højdepunkterne på denne konference kommer fra CERN Laboratories, hvor partikelfysikere viser mængden af nye data, som Large Hadron Collider (LHC) har produceret indtil videre i år.
Men midt i al den spænding, der kommer fra at være i stand til at kigge ind i de mere end 100 seneste resultater, måtte nogle dårlige nyheder også deles. Takket være alle de nye data, der er leveret af LHC, er nu chancen for, at en ny elementær partikel blev opdaget - en mulighed, der var begyndt at synes for otte måneder siden -. Synd, fordi eksistensen af denne nye partikel ville have været banebrydende!
Indikationerne for denne partikel dukkede først tilbage i december 2015, da hold af fysikere, der brugte to af CERNs partikeldetektorer (ATLAS og CMS) bemærkede, at kollisionerne udført af LHC producerede flere par fotoner end forventet og med en kombineret energi på 750 gigaelektronvolt. Mens den mest sandsynlige forklaring var en statistisk fluke, var der en anden fristende mulighed - at de så tegn på en ny partikel.
Hvis denne partikel faktisk var ægte, var det sandsynligvis en tungere version af Higgs-boson. Denne partikel, der giver andre elementære partikler deres masse, blev opdaget i 2012 af forskere ved CERN. Men mens opdagelsen af Higgs-bosonen bekræftede standardmodellen for partikelfysik (som har været den videnskabelige konvention i de sidste 50 år), var den mulige eksistens af denne partikel uforenelig med den.
En anden, måske endnu mere spændende teori, var, at partiklen var den længe efterspurgte gravitron, den teoretiske partikel, der fungerer som ”kraftbæreren” for tyngdekraften. Hvis det var tilfældet det her partikel, så ville forskere endelig have en måde til at forklare, hvordan generel relativitet og kvantemekanik går sammen - noget der har undgået dem i årtier og hæmmet udviklingen af en teori om alt (ToE).
Af denne grund har der været en rimelig grad af spænding i det videnskabelige samfund med over 500 videnskabelige artikler produceret om emnet. Takket være de enorme mængder data, der blev leveret i de sidste par måneder, blev CERN-forskerne imidlertid tvunget til at meddele fredag på ICEP 2016, at der ikke var noget nyt bevis for, at der skulle have været en partikel.
Resultaterne blev præsenteret af repræsentanter for holdene, der først bemærkede de usædvanlige data i december sidste år. Bruno Lenzi repræsenterede CERNs ATLAS-detektor, der først bemærkede fotonparene. I mellemtiden repræsenterer Chiara Rovelli det konkurrerende team, der bruger Compact Muon Solenoid (CMS), som bekræftede målingerne.
Som de viste, har målingerne, der indikerede et stød i fotonpar i december sidste år, gået ind i fladlinjen og fjernet enhver tvivl om, hvorvidt det var en fluke eller ej. Som Tiziano Campores - en talsmand for C.M.S. - blev citeret af New York Times som sagt på tærsklen til meddelelsen, havde holdene altid været klar over, at dette ikke var en sandsynlig mulighed:
”Vi ser ikke noget. Faktisk er der endda et lille underskud nøjagtigt på det tidspunkt. Det er skuffende, fordi der er lavet så meget hype om det. [Men] vi har altid været meget coole over det. ”
Disse resultater blev også angivet i et papir, der blev forelagt CERN af C.M.S. hold samme dag. Og CERN Laboratories gentog denne erklæring i en nylig pressemeddelelse, der vedrørte den seneste datahull, der blev præsenteret på ICEP 2016:
”Især er den spændende antydning af en mulig resonans ved 750 GeV, der henfalder til fotonpar, hvilket skabte betydelig interesse fra 2015-dataene, ikke igen i det meget større datasæt i 2016 og ser derfor ud til at være en statistisk udsving.”
Det var alt sammen skuffende nyheder, da opdagelsen af en ny partikel kunne have kastet lys over de mange spørgsmål, der opstod ved opdagelsen af Higgs-boson. Lige siden det først blev observeret i 2012 og senere bekræftet, har forskere kæmpet for at forstå, hvordan det er, at det, der giver andre partikler deres masse, kunne være så "let".
På trods af at være den tyngste elementære partikel - med en masse på 125 milliarder elektron volt - forudsagde kvanteteorien, at Higgs-bosonen måtte være billioner gange tyngre. For at forklare dette har teoretiske fysikere spekuleret på, om der faktisk er nogle andre kræfter på arbejde, der holder Higgs bosons masse i skak - dvs. nogle nye partikler. Selvom der endnu ikke er opdaget nye eksotiske partikler, har resultaterne hidtil stadig været opmuntrende.
For eksempel viste de, at LHC-eksperimenter allerede har registreret cirka fem gange flere data i de sidste otte måneder, end de gjorde i alt sidste år. De tilbød også forskere et glimt af, hvordan subatomære partikler opfører sig ved energier fra 13 billioner elektronvolt (13 TeV), et nyt niveau, der blev nået sidste år. Dette energiniveau er blevet muliggjort fra opgraderingerne, der blev udført på LHC i løbet af dens to-årige hiatus; før det fungerede det kun ved halv effekt.
En anden ting, der var værd at prale af, var det faktum, at LHC overgik alle tidligere præstationsrekorder i løbet af juni, og nåede en højst mulig lysstyrke på 1 milliard kollisioner i sekundet. At kunne udføre eksperimenter på dette energiniveau og involvere disse mange kollisioner har givet LHC-forskere et stort nok datasæt til, at de er i stand til at udføre mere præcise målinger af standardmodelprocesser.
De vil især være i stand til at lede efter anomale partikelinteraktioner med høj masse, som udgør en indirekte test for fysik ud over standardmodellen - specifikt nye partikler forudsagt af teori om Supersymmetry m.fl. Og selvom de endnu ikke har opdaget nye eksotiske partikler, har resultaterne hidtil stadig været opmuntrende, især fordi de viser, at LHC producerer flere resultater end nogensinde.
Og selv om det at have fundet noget, der kunne forklare de spørgsmål, der opstår ved opdagelsen af Higgs-bosonerne, ville have været et stort gennembrud, er mange enige om, at det ganske enkelt var for tidligt at få vores håb op. Som Fabiola Gianotti, generaldirektøren for CERN, sagde:
”Vi er lige i begyndelsen af rejsen. Den fremragende ydelse af LHC-acceleratoren, eksperimenter og databehandling bodes ekstremt godt til en detaljeret og omfattende udforskning af de forskellige TeV-energiskalaer og betydelige fremskridt i vores forståelse af grundlæggende fysik. ”
For tiden ser det ud til, at vi alle er nødt til at være tålmodige og vente på, at der kommer flere videnskabelige resultater. Og vi kan alle trøste os med, at standardmodellen i det mindste stadig ser ud til at være den rigtige. Der er helt klart ingen genveje, når det kommer til at finde ud af, hvordan universet fungerer, og hvordan alle dets grundlæggende kræfter passer sammen.
