Så, som Are påpekte skjer det spennende ting på boson-fronten om dagen. Camilla har påpekt (opptil flere ganger) at som Calcuttaguttas fysiker in residens burde jeg forklare hva alt oppstusset er om, og hva som egentlig er greia med denne Higgs og bosonet hans. For humoristisk effekt formulerer jeg denne artikkelen som en fiktiv Q&A, eller S&S, som det sikkert heter på norsk. Jeg vil påpeke at denne artikkelen er basert på hukommelsen fra den gangen jeg tok barske teori-fag, pluss det jeg har lest de siste dagene, så jeg vil ikke garantere at alt er fullstendig korrekt.
Så, hva er egentlig greia med denne Higgs og bosonet hans?
Higgsen er slett ingen ny oppfinnelse. Tidlig 60-tallet var kvantefeltteori triste greier. Man oppdaget nye partikler over en lav sko, og visste ikke hvor man skulle gjøre av alle sammen. Først i 1964 kom Gell-Mann og Zweig med kvarkene, og man innså at langt de fleste partiklene man hadde sett den siste tiden var bare ulike kombinasjoner av kvarker.
Det samme året kom Higgs (og to andre grupper) opp med en teori for hvordan elementærpartikler kan få masse ved å koble til et felt. Higgs gjorde litt bedre arbeid enn de andre, og fikk dermed feltet, mekanismen, og, ikke minst, bosonet, oppkalt etter seg.
Akkurat hva som var så gjevt med denne teorien i 1964 aner jeg ikke, men etterhvert har den fått litt mer oppmerksomhet. For å bryte ut teknobabbelet en liten stund er Higgsmekanismen den enkleste gauge-invariante måten å gi masse til gauge-bosoner. Fysikere digger å finne den enkleste modellen for et eller annet, og når det viser seg at det funker blir vi ekstra glade. Gauge-bosoner er partikler som overfører krefter. Det mest kjente eksempelet er fotonet, som overfører elektriske krefter. På 80-tallet oppdaget man i tillegg W- og Z-bosonene, som er ansvarlige for de svake kjernekreftene, og styrer en del ting som har med radioaktivitet å gjøre. Disse er massive, og det er det altså mest sannsynlig Higgs-mekanismen som er ansvarlig for. I tillegg er Higgs-mekanismen også en ypperlig måte å gi masse til andre elementærpartikler, slik som elektroner og kvarker.
Det dreier seg om masse altså. Men hvorfor trenger man egentlig et fancypants felt med et tilhørende fancypants boson for å gi partikler masse? Kan man ikke bare skrive opp et masseledd i Lagrange-tettheten og være ferdig med saken?
Vel, nei. Nå kommer vi til de tingene jeg ikke har sett på siden eksamen i Kvantefeltteori II, i det Herrens år 2007, men det dreier seg altså om det jeg sa tidligere, nemlig at man foretrekker er Gauge-invariant teori, og et eksplisitt masseledd bryter gauge-invariansen. Eller noe slikt. Jeg fikk sant & si aldri stålkontroll på disse greiene. Men jeg tipper at ordet gauge i gauge-invarians (juster-invarians på norsk, skjønt det finnes vel knapt noe skriftlig materiale om dette på norsk, så det er ikke et mye brukt begrep) er det samme som i «gauge the depth». Jeg innbiller meg videre at problemet med å bare skrive opp en masse, m er at man da introduserer en eksplisitt masse-skala i teorien, og da står man ikke lenger fritt til å justere justeringen som man vil. Men som sagt, jeg er ikke skråsikker på dette, så om du prøver å sjekke opp en teoretisk fysiker ved å droppe noen linjer av gauge-teorier, og det ikke funker, får du skylde på deg selv.
Ah. Glem at jeg spurte. Men for å komme tilbake til masse, er det altså Higgsen sin feil at jeg har et par kilo for mye?
Nope. Higgsen gir masse til kvarkene og elektronene, men mesteparten av massen til et atom kommer fra bindingsenergien mellom kvarkene. E=mc2 og alt det der. Jeg leste på hjemmesidene til CERN at Higgsen står bak mindre enn 1 kg av massen din, og de vet vel hva de snakker om.
Ok. Men Higgsen, altså. Vi har jo lest om den i årevis, og gjengen på CERN har svidd av flerfoldige miliarder og dessuten risikert å ødelegge verden med sorte hull og strangelets. Så nå har vi den altså?
Vel, tja. Det de sa på pressekonferansen var at de har funnet en partikkel med masse 125 GeV, men at det er for tidlig å si om det er Higgsen. De har altså ikke nok data til å si med skråsikker mine at denne nye partikkelen oppfører seg akkurat slik man ville forvente av en Higgs, men det ser slik ut. Det går imidlertid fort fremover, de høster data i stadig raskere tempo, så vi vet sikkert mer i løpet av året eller noe.
Apropos det du sa der, hva er denne greia med å oppgi masse i GeV? Er ikke kg godt nok?
Vel, man kunne, men siden massen er rundt 10-25 kg er det hendigere med en litt mindre enhet. Nå er ikke strengt tatt GeV en masse-enhet, men en energi-enhet. Det går imidlertid fint, siden E=mc2 og alt det der. Kort sagt er 125 GeV den minste energien man trenger for å lage en Higgs om man starter med to tomme hender og en partikkelakselerator. I praksis trenger man naturligvis mye mer. Måten man lager partikler i LHC på er å druse protoner mot hverandre i en helvetes fart, og da vil noe av den kinetiske energien til disse protonene bli omdannet til partikler. Man får imidlertid dannet alt mulig rart, ikke bare Higgser, så det er best å ta i så man er sikker. Den kinetiske energien tilgjengelig i en kollisjon i LHC er for tiden 8 TeV, som er det samme som 8000 GeV.
Ok. Og mens vi er inne på sjargongen, hva er det med disse magiske fem sigmaene?
Dette har med statistikk å gjøre, og mer spesifikt, hva er sannsynligheten for at det man ser er ekte fysikk, og ikke bare en tilfeldig variasjon i resultatene. En sigma er et standardavvik, og er noe slikt som 67%. Så om man gjorde et eksperiment og fant et resultat med en signifikans på en sigma ville man forvente at i et av tre tilfeller var skyldtes resultatet tilfeldigheter. Fem sigma, som av en eller annen grunn har blitt opplest og vedtatt som standarden i partikkelfysikk, er vesentlig bedre. Da snakker vi om at i et tilfelle av en million vil resultatet være en tilfeldig variasjon. Så man er temmelig sikker på at man sitter på en ny partikkel.
Så hvorfor burde jeg vite disse tingene?
Hva skal man si til slikt? Av samme grunn som du bør lese bøker og kunne litt om historie og religion og slikt. Fordi du er et nysgjerrig og søkende menneske som ønsker å forstå verden rundt deg.
Ok. Og helt til slutt, hva er de praktiske konsekvensene av dette?
For deg personlig, antagelig ikke så store. Hvis du skal ta eksamen i partikkelfysikk har du enda en masse å lære deg utenat, men ellers tror jeg det går greit. Konsekvensene ville nok vært mye større om man ikke fant Higgsen, men igjen, ikke for deg personlig.
De praktiske konsekvensene av at noen driver med slikt er imidlertid store. Vi har i allefall delvis partikkelfysikken å takke for internett og cloud computing.
Så det var det. Flere spørsmål kan stilles i kommentarfeltet, men jeg garanterer ikke at jeg kan svare. Disse greiene er ikke akkurat min spesialitet.
