Hvad er fysik efter Higgs boson?

Aalto Universitets ph.d.-studerende Juska Pekkanen er en del af en gruppe, der arbejder med de højeste kollisionsenergier, der nogensinde er opnået.

Arbejdet på CERN-forskningscentret i Schweiz blev bredt kendt, da den nobelprisvindende opdagelse af Higgs-bosonen i 2013 fuldendte standardmodellen for partikelfysik. Hvad Pekkanen og tusindvis af andre fysikere ved CERN gør nu, er at udforske fænomener, der falder ud over den nuværende forståelse af den subatomære verden.

For eksempel, kun 15 procent af massen af ​​hele universet kan nu redegøres for med normalt synligt stof, resten er mørkt stof, som der er meget lidt viden om. Et lige så indhyllet mysterium er mørk energi, der får universet til at udvide sig og skubber himmellegemer væk fra hinanden.

"Fordi disse og mange andre ubesvarede spørgsmål stadig er tilbage, vi må forsøge at tage dem til os og forstå fænomener, der ikke har nogen forklaring i den nuværende fysik, " siger Pekkanen.

En måde at gøre dette på, er at få protoner - brintatomernes kerner - til at kollidere med enormt høje hastigheder og energier, og studere, hvad der kommer ud af styrtene. Pekkanen og hans kolleger har fokuseret på partikeludbrud kaldet 'jetfly', der fødes, når protoner kolliderer. Disse hændelser kan indeholde svage tegn på helt nye partikler.

Obduktioner for millioner af partikeludbrud

Studiet af jetfly på partikelniveau er blevet et begyndende felt i fysik, døbt af Pekkanen og hans kolleger ved CERN Compact Muon Solenoid (CMS) eksperimentet som 'jet particology'. De registrerer kollisionerne i CERN Large Hadron Collider og måler deres eftervirkninger. Stort set enhver kollision producerer jetfly, eller udbrud af snesevis af partikler, der består af kvarker og gluoner. Forskere tæller den samlede energi i strålerne og måler, hvordan deres energi bliver båret af forskellige slags partikler.

"Vi forsøger at få en så detaljeret forståelse som muligt af jetflyene med de millioner af sensorer i vores 20 meter lange, 15 tusind tons detektor. Jo mere nøjagtige vi bliver med vores målinger, jo lettere bliver det at opdage nye partikler, " siger Pekkanen.

De tusindvis af signaler, som nogle af de millioner af sensorer opfanger, skal sorteres med komplekse algoritmer. Ved at genskabe begivenhederne med computersimuleringer, sensorerne kan finjusteres.

Jets kunne, ifølge Pekkanen, også være nøglen til at finde nye massive partikler. Han har fokuseret på begivenheder, hvor en kollision af partikler producerer to stråler, der brister i modsatte retninger.

"Disse begivenheder kan være det punkt, hvor en ukendt partikel først bliver født og derefter øjeblikkeligt henfalder til andre partikler. Vi analyserer milliarder af disse kollisioner og ser, om vi opdager nogen abnormiteter, der kunne være et tegn på revolutionerende ny partikel, " forklarer Pekkanen.

Undersøgelsen gør brug af det højeste energiniveau, der nogensinde er opnået i Large Hadron Collider:13 teraelektronvolt. For en enkelt proton er det ret meget, nogenlunde den kinetiske energi af en myg, der flyver. Tæl alle protonenergierne sammen:nok til at flyve en jumbojet.

Forsøgene fortsætter:Inden udgangen af ​​2022, fysikerne forventer at indsamle op til ti gange mere data.

"Indtil videre har vi ikke fundet den næste nye massive partikel. Det betyder, at der er behov for at designe den næste generation af hadron-kollidere og detektorer for at nå endnu højere energier – og forhåbentlig længe ventet ny fysik."