Artikkel

En veritabel cliffhanger fra Cern

Fullt i Main auditorium på Cern
Fullt auditorium på Cern da Atlas- og CMS-eksperimentene presenterte resultater fra "LHC sesong 2." UiO-professor Farid Ould-Saada med rutete skjorte i nedre billedkant. Lillian Smestad i rødt helt bakerst foran glassveggen. Foto: Cern

En veritabel cliffhanger fra Cern

Lurer det en ny, mystisk partikkel blant kollisjonsdataene? Eller blir den «drept» av mer data i neste episode?

Spenningen var stor da de første resultatene fra LHC-eksperimentenes "sesong 2" skulle presenteres 15. desember.

I sesong 1, eller «Run 1», ble protonene kollidert ved opptil 8 TeV* energi, nok til å oppdage Higgspartikkelen.

Nå har Cern oppgradert maskinen, og siden i sommer har LHC samlet kollisjonsdata ved 13 TeV.

Liten ordliste

TeV: tera-elektron-volt. En enhet for energi, og dermed også et mål på masse (energi og masse er som kjent to sider av samme sak.) Higgspartikkelen har for eksempel en masse på 126 GeV

Henfaller til: Blir til.

Statistisk signifikans brukes for å beskrive sannsynligheten for at noe er et resultat av tilfeldigheter.

Graviton: Kraftbærende partikkel til gravitasjon

Susy, supersymmetri. Et sett av modeller som blant annet kan forklare hva mørk materie er.

Tradisjonen tro presenterer eksperimentene resultatene sine for Cerns øverste organ i desember. Denne ettermiddagen skulle CMS- og Atlas-eksperimentene vise hva de hadde funnet ut.

Forskning for åpent kamera

Interessen for eksperimentene i Sveits er så stor at en del av forskningen foregår for åpent kamera. Presentasjonene denne dagen er i Cerns største auditorium, med webcast til resten av verden.

– Fullt i auditoriet en time før, rapporterer Farid Ould-Saada, fysikkprofessor fra UiO, som sikret seg en sitteplass.

Det samme gjorde Lillian Smestad:

– Elektrisk stemning, forteller hun.

– Det går rykter om ny fysikk! Jeg har samme følelse som i desember 2011, da CMS og Atlas presenterte de første hintene om Higgspartikkelen!

For mange fotoner

Ryktene sier at eksperimentene teller for mange foton-par, en «hump» i dataene, som skal tilsvare en ny, hittil ukjent partikkel med masse 750 GeV.

Men er ryktet sant? Er det samme hump i begge eksperimentene? Og hvor sikre er målingene, i så fall? 

CMS-eksperimentet er først ut. Og riktig nok; etter 35 minutter med flotte resultater, men negative med tanke på ukjent fysikk, dukker resultatene fra analyse i «difoton-kanalen» opp: Overskudd av foton-par ved 750 GeV.

Men er resultatet signifikant? For å erklære en oppdagelse har partikkelfysikerne bestemt seg for å være 99,9999 % sikre på at humpen ikke er en statistisk blaff, tilsvarende et standardavvik på 5 sigma.

CMS-resultatet ligger bare på rundt 3 sigma, tilsvarende 99,9 %. 3 sigma-humper i dataene kommer og går, det er ingen grunn til å sprette sjampanjen.

Men hvis Atlas-eksperimentet ser noe tilsvarende begynner det å bli interessant, ihvertfall. Atlas-eksperimentet holder også publikum på pinebenken med 30 minutter "no excess observed", men omsider kommer resultatet:

Atlas har også for mange fotonpar, på samme masse: 747 GeV. 3,6 sigma standardavvik.

Ny partikkel?

Dette KAN være første glimt av en hittil ukjent partikkel. Eller det kan være statistisk støy som forsvinner etterhvert som eksperimentene samler mer data.

Målingene er omtrent like sikre som Higgsmålingene var i desember 2011, og i juli 2012 hadde eksperimentene analysert nok data til at de hadde et sikkert signal, på over 5 sigma i både Atlas og CMS.

Partikkelfysikerne er mye mer skeptiske denne desemberdagen. James Catmore og Alex Read fra Atlas-eksperimentet ser webkast fra Oslo.

2-foton-diagram fra Atlas
Atlas-dataene som muligens vil forstyrre julefreden for partikkelfysikere, Foto: Atlas-eksperimentet, CERN

– I desember 2011 visste vi nøyaktig hva vi så etter. Denne gangen vet vi jo ikke engang hvilken teori som eventuelt blir bekreftet, sier de to. «Extraordinary claims require extraordinary evidence.»

Dessuten må vi også ta med i regnestykket at vi har sett etter humper i dataene for alle mulige masser - vi har sett etter usannsynligheter mange steder.

Det uvanlige skjer faktisk også: Tenk deg at du tar ett lodd i et lotteri hvor vinnersjansen er en til en million. Da har du en milliontedels sjanse til å vinne.

Men kjøper du veldig mange lodd øker jo vinnersjansene betraktelig. Akkurat det samme skjer når vi leter etter uvanligheter mange steder i dataene. Sannsynligheten for å finne noe uvanlig ett eller annet sted er mye høyere enn å finne noe uvanlig på ett bestemt sted.

Statistikerne kaller dette Look elsewhere-effekten, og når vi regner med den effekten synker signifikansen til resultatet fra Cern til rundt 2 sigma. Hadde det ikke vært for at begge eksperimenter finner uvanlig mange fotonpar på akkurat samme sted, ville ingen vært interessert.

– Men HVIS det viser seg at det er en partikkel der, hvilken er det?

– Gravitonet er foreslått, sier Alex Read. – Eller det kan være to partikler rett ved siden av hverandre.

Men mer vil han ikke spekulere:

– Nei, det overlater jeg til teoretikerne!

Anders Kvellestad tok nylig doktorgrad på supersymmetri, en mulig forklaring på mørk materie, ved UiO. Han forteller fra Stockholm, hvor han jobber nå:

– Frykter for julefreden

– En 750 GeV partikkel som henfaller til to fotoner kan være en ny og tyngre Higgs. Det finnes flere teorier som forutsier nye Higgspartikler. Supersymmetri er én av dem, men de enkleste variantene av SUSY-teorier vil nok ha trøbbel med å forklare disse dataene.

Hvis dette viser seg å være en ny partikkel så bør vi forvente at det finnes enda flere uoppdagede partikler! Dette fordi vi kun har sett hint etter noe nytt i to-foton-dataene.

En utvidelse av Standardmodellen som bare inneholder denne mulige 750 GeV-partikkelen vil typisk forutsi at vi også burde sett bumper i liknende søk etter andre Standardmodell-partikler, og det gjør vi så langt ikke.

Den enkleste måten å unngå dette på er å anta eksistensen av flere nye, og antakelig enda tyngre, partikler.

– Jeg frykter for julefreden i mangt et fysikerhjem, sier Kvellestad.

Les mer

Finding the subatomic needle in the haystack - Intervju med professor Farid Ould-Saada (sciencenordic.com)

Villdyret har våknet - Postdoktor Eirik Gramstad om LHC sesong 2 i Aftenposten viten

Lykken er en trekant - intervju med Anders Kvellestad om supersymmetri og mørk materie (forskning.no)

Et ekstremt usannsynlig bilde - Professor Are Raklev blir optimistisk av en kollisjon

Rundtur i fysikkens mekka - Kommunikasjonsrådgiver Hilde Lynnebakken rapporterer fra Cern

Følg med

Atlas og CMS presenterer nye analyser basert på flere data til sommeren. Vi lover å holde Titan-leserne oppdatert.

Følg også #CernNor på twitter.

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Løvenes konge-pastisj

Kampen om dyretronen

En sibirsteinbukk-hunn vil bare følge den hannen som har vunnet i kamp mot de andre, hos flekkhyenen er det hannene som vier livet sitt til å følge hunnene. Sosialt hierarki i dyreriket er like varierende som dyrene selv.

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.