Partikelkollisioner med världsrekordenergier när Higgsbosonen fyller 10 år

2022-07-01

Den 4 juli är det 10 år sedan Higgsbosonen upptäcktes i data från Large Hadron Collider, LHC, som är världens största och mest kraftfulla partikelaccelerator. Dagen efter 10-årsjubileet, den 5 juli, kommer en ny uppstart göras av LHC med världsrekordenergier på 13,6 TeV.

CERNs partikelaccelerator Large Hadron Collider, LHC, i Schweiz har varit nedstängd under mer än tre år för underhåll och uppgradering och i den nya uppstarten, som går under benämningen Run 3, planerar man nya datainsamlingar under fyra års tid med nya världsrekordenergier på 13,6 TeV (13,6 x 1012 elektronvolt).

I LHC kolliderar protonstrålar med varandra och vid dessa kollisioner kan Higgsbosoner skapas, vilket observerades för första gången för 10 år sedan av de stora detektorerna ATLAS och CMS. Ett flertal fysikforskare vid Uppsala universitet arbetar med ATLAS-detektorn tillsammans med runt 3 000 andra forskare, studenter och ingenjörer från hela världen. Flera hundra av dessa jobbar med forskning om Higgsbosonen.

– Higgsbosonen är 10 år gammal, men vi håller fortfarande på att lära känna den. De närmaste åren kommer vi i allt större utsträckning använda den som ett verktyg för upptäckter som ligger bortom standardmodellen, säger Rebeca Gonzalez Suarez, forskare vid institutionen för fysik och astronomi och som arbetar med ATLAS.

Higgsbosonen är en grundläggande byggsten i standardmodellen och är den enda förklaring vi har för massans ursprung. Sedan upptäckten av den har forskarna kunnat mäta dess egenskaper, såsom massa, spinn och koppling till andra partiklar, med allt större noggrannhet. Det har de kunnat göra genom att analysera proton-protonkollisioner och de sönderfall i partiklar som skapas och lämnar spår i de stora detektorerna ATLAS och CMS vid LHC:s kollisionspunkter, strax efter Higgsbosonen skapats.

Bilden visar en proton-protonkollision i ATLAS-detektorn där ett par b-kvarkar och ett par tau-leptoner produceras. En sådan händelse kan förekomma när två Higgsbosoner skapas samtidigt, men kan också komma från andra bakgrundsprocesser. Bild: ATLAS.

Ett villkor för Higgsbosonens existens är att den kopplar till sig själv. Att observera par av Higgsbosoner är därför nödvändigt för att ytterligare studera mekanismen som förklarar massans ursprung men också för att få en bättre förståelse för universum. Men sannolikheten för att skapa par av Higgsbosoner är dock väldigt liten och skulle kräva väldigt stora mängder data.

Om man skulle observera två Higgsbosoner som produceras samtidigt, oftare än vad Standardmodellen förutspår, skulle det vara ett tydligt bevis för nya fenomen med ursprung bortom Standardmodellen. Dessutom kan egenskaperna hos par av Higgsbosoner bidra till att besvara frågor om bland annat Higgsbosonens natur och egenskaperna hos universums vakuumtillstånd.

Mycket tyder på att Standardmodellen inte är en komplett teori, eftersom det finns många problem som den inte kan lösa, som till exempel varför neutriner har massa och förekomsten av mörk materia och mörk energi. Den kan inte heller förklara skillnaderna mellan partiklar och antipartiklar som uppstod vid universums födelse.

– I Run 3 kommer vi kunna utforska standardmodellen lite mer och kanske få veta lite mer om det vi hitintills inte har kunskap om, säger Arnaud Ferrari, professor vid institutionen för fysik och astronomi, som också arbetar med ATLAS.

Upptäckten av Higgsbosonen

År 2013 tilldelades Englert och Higgs Nobelpriset i fysik för teorin om hur partiklar får sin massa. Englert och Higgs presenterade teorin oberoende av varandra redan 1964 och den bekräftades 2012 när Higgsbosonen upptäcktes. I teorin förklaras massans ursprung hos nästan alla elementarpartiklar av ett universellt, så kallat Higgsfält, som genomsyrar vakuum och växelverkar med alla elementarpartiklar. Att mäta egenskaper hos Higgsfältet bidrar också till vår förståelse av universums skapelse.

Kontakt

Arnaud Ferrari, professor vid avdelningen för högenergifysik, institutionen för fysik och astronomi, arnaud.ferrari@physics.uu.se, tel. 018-471 5827.

Rebeca Gonzalez Suarez, forskare vid avdelningen för högenergifysik, institutionen för fysik och astronomi, rebeca.gonzalez.suarez@physics.uu.se, tel. 018-471 7390, mobil. 0708-921926.

Läs mer

Mediakit för journalister på CERNs webb

Camilla Thulin

Fler nyheter