Higgspartikeln och storskalig forskning

2013-06-05 06:18  

Det kostar stora pengar för ett land att ligga i forskningsfronten, och det blir allt besvärligare för forskarna att få politikerna att öppna kassakistorna. Inom många forskningsfält, som partikelfysiken, astronomin och rymdforskningen, är det bara i form av stora internationella projekt som forskningen kan bedrivas.

Det är den 14 juli 2012 och jag befinner mig i Dublin som deltagare i den europeiska vetenskapskonferensen ESOF2012. På scenen i kongresspalatsets stora plenisal uppträder Cerns chef Rolf-Dieter Heuer. Det är hans stora dag. I målande ordalag och med stora gester berättar han hur hans team vid den stora acceleratorn LHC – the Large Hadron Collider – äntligen har funnit Higgs boson, den undanflyende partikel som gör den så kallade standardmodellen fulltalig. Det är Higgs boson som enligt modellen ger kvarkar och elektroner massa.

Rolf-Dieter Heuer är stolt som en tupp. Han kan inte nog prisa Cern, Europa och de tusentals fysiker som gjort fyndet av higgsbosonen möjligt. Kameror blixtrar. Alla applåderar entusiastiskt.

Higgs boson förutsades redan på 1960-talet. För att få ihop ekvationerna till elementarpartiklarnas interaktioner föreslog fysikern Peter Higgs vid Edinburghs universitet att universum genomströmmas av ett kvantfysiskt bakgrundsfält. Interaktionen med detta fält – vad som numera kallas ”higgsmekanismen” – gör att kvantpartiklar får massa. En ny sorts eter, alltså.

I juli 1962 sände Higgs in en artikel om detta till den europeiska tidskriften Physics Letters. Tyvärr blev artikeln refuserad, men Higgs gav sig inte. Ett år senare sände han en uppdaterad version till den amerikanska tidskriften Physical Rewiew Letters. Den här gången accepterades den, men redaktionen meddelade att de just fått en artikel med liknande innehåll från två belgiska forskare – Robert Brout och François Englert.

Inte nog med det. Fysikerna Gerald Guralnik, Carl Hagen och Tom Kibble vid Imperial College i London hade också föreslagit samma sak.

Till en början väckte idén om en ny boson ingen större uppmärksamhet, men på 1970-talet upptäckte fysikerna Stephen Weinberg och Abdus Salam att de kunde utnyttja higgsmekanismen för att förena den elektromagnetiska- och den svaga kärnkraften. Deras nya elektrosvaga teori förutsade tre intermediära vektorbosoner för växelverkan, två elektriskt laddade (W+ och W-) och en oladdad (Z0).

Higgsmekanismen och higgsbosonen inkorporerades nu i standardmodellen för materiens uppbyggnad. Här finns tre familjer av kvarkar (som bygger upp protoner och neutroner) och tre familjer leptoner (elektroner och neutriner) samt deras antipartiklar. Dessutom tre massiva bosoner för den svaga kärnkraftens växelverkan, masslösa gluoner för den starka kraften och fotonen för den elektromagnetiska kraften. Och så till sist higgsbosonen med okänd massa.

1983 upptäcktes W+, W- och Z0-bosonerna vid ­acceleratorn i Cern av en grupp under ledning av italienaren Carlo Rubbia. Det blev Nobelpris 1984.

Higgsfältet fick också genomslag på ett helt annat område. Kosmologen Alan Guth hävdade att higgsfältet gjorde att tomma rymden faktiskt innehöll energi. En bråkel av en sekund efter Big Bang fick denna energi rymden att snabbt expandera i den så kallade inflationsfasen. Nya mätningar av den kosmiska bakgrundsstrålningen har bekräftat inflationsteorin. Kvantfluktuationer vid Big Bang tycks ha frusit fast som variationer i den kosmiska bakgrundsstrålningen med exakt den skala som Alan Guth förutsagt.

På 1980-talet beviljade president Reagan fyra miljarder dollar till byggandet av vad som var tänkt att bli världens i särklass största partikelaccelerator. SSC – the Superconducting Supercollider – skulle byggas under jorden i Texas och kartlägga materiens innersta byggstenar – däribland higgs­bosonen. Kanske hoppades Reagan att projektet också skulle ge resultat som kunde användas i det amerikanska militära robotförsvarsprojektet SDI – Strategic Defence ­Initiative – även kallat Star Wars?

Snart visade det sig att budgeten överskreds flera gånger om, och 1992 drog president Clinton och kongressen i bromsen. Clinton satsade hellre miljarderna på den internationella rymdstationen ISS och på att skicka obemannade expeditioner till Mars. Vackra rymdbilder gav bättre press. Acceleratorprojeket las ner efter att ha förbrukat fem miljarder dollar. Kvar blev några hål i marken och övergivna byggnader.

Initiativet togs över av Europa, där det var lättare att ordna finansiering. Acceleratorn LEP – Large Electron-Positron collider – vid Cern i Genève stängdes år 2000 och byggdes om till LHC – the Large Hadron Collider. 2008 var arbetet klart och driften kunde startas, men redan efter några dagar fick man kortslutning i kopplingen mellan några magneter med totalhaveri som följd.

Ett år senare var acceleratorn i gång igen, trots högröstade varningar från eskatologer. De hävdade att LHC kunde producera svarta hål som skulle äta upp jordklotet inifrån. Men jordens undergång uteblev, och sommaren 2012, när forskarna hade analyserat biljontals partikelkollisoner, var de redo för att proklamera att de med största sannolikhet (fem sigma) observerat higgsbosonens sönderfall i en handfull fall.

Om bakgrunden till higgsbosonens upptäckt läser man med fördel i Jim Baggotts bok ”Higgspartikeln”.

Det är dyrt att ligga i forskningens framkant, ofta så dyrt att inget enskilt land – inte ens en stormakt – längre har råd att ensamt driva utvecklingen. Andra stora och dyra internationella forsknings- och industriprojekt är SKA – the Square Kilometer Array – det planerade integrerade jätteradioteleskopet som ska sträcka sig över både Sydafrika och Australien. Radioastronomerna säger att detta blir det sista i sitt slag på jorden. Nästa generation radioteleskop måste byggas i rymden. Jorden är helt enkelt för liten.

Det sägs att artiklar med vackra färgbilder från Hubbleobservatoriet, Marssonderna och internationella rymdstationen ISS har gjort mer än något annat för att få politikerna att öppna kassakistorna och bevilja nya anslag. En grupp Lundastronomer har länge ivrat för ett europeiskt optiskt jätteteleskop placerat på Kanarieöarna eller någonstans i Anderna. De tänker sig en huvudspegel med en diameter på 50–100 meter. Detta att jämföra med dagens största teleskop – Manua Kea på Hawaii med 10 meters diameter och Eso:s fyra sammankopplade teleskop i Paranal i Chile, med åtta.

Ett annat gemensamt projekt som sväljer oerhörda mängder pengar är fusionsforskningsreaktorn Iter i Cadarache i Sydfrankrike. Enligt planerna ska det tas i drift 2019. Då får vi veta om tekniken fungerar och är värd att satsa vidare på.

Mindre, men kanske inte mindre intressanta projekt, är ESS – European Spallations Source – neutronkällan som byggs i Lund och ELI – Extreme Light Infrastructure, en gammalaseranläggning för hög energi som EU bygger i Magurele söder om Bukarest.

Till detta kommer europeisk rymdverksamhet med organisationer som Esa, Arianespace, Eumetsat, GMES och Galileo.

Det är tveksamt om LHC någonsin får en uppföljare. Det handlar inte bara om kostnaden, utan lika mycket om metoden. Som någon sa:

”Att krossa fickur med slägga kanske inte är den bästa metoden för att ta reda på hur de fungerar.”

Den som lever får se.

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt