Denne sommeren i Chicago, fra 3. august til 10., vil teoretikere og eksperimentelle fysikere fra hele verden delta på den internasjonale konferansen for høyenergifysikk (ICHEP). Et av høydepunktene på denne konferansen kommer fra CERN Laboratories, der partikkelfysikere viser frem mengden av nye data som Large Hadron Collider (LHC) har produsert så langt i år.
Men midt i all spenningen som kommer fra å kunne peile seg inn i de mer enn 100 siste resultatene, måtte også noen dårlige nyheter deles. Takket være alle de nye dataene som er gitt av LHC, har sjansen for at en ny elementær partikkel ble oppdaget - en mulighet som hadde begynt å virke sannsynligvis for åtte måneder siden - nå forsvunnet. Synd, fordi eksistensen av denne nye partikkelen ville vært banebrytende!
Indikasjonene om denne partikkelen dukket først opp i desember 2015, da fysikerteam som brukte to av CERNs partikkeldetektorer (ATLAS og CMS) bemerket at kollisjonene utført av LHC produserte flere par fotoner enn forventet, og med en kombinert energi på 750 gigaelektronvolt. Mens den mest sannsynlige forklaringen var en statistisk fluke, var det en annen pirrende mulighet - at de så bevis på en ny partikkel.
Hvis denne partikkelen faktisk var ekte, ville det sannsynligvis være en tyngre versjon av Higgs boson. Denne partikkelen, som gir andre elementære partikler deres masse, ble oppdaget i 2012 av forskere ved CERN. Men mens oppdagelsen av Higgs boson bekreftet standardmodellen for partikkelfysikk (som har vært den vitenskapelige konvensjonen de siste 50 årene), var den mulige eksistensen av denne partikkelen uoverensstemmende med den.
En annen, kanskje enda mer spennende teori, var at partikkelen var den ettertraktede gravitronen, den teoretiske partikkelen som fungerer som "kraftbærer" for tyngdekraften. Hvis det var det dette partikkel, så ville forskere endelig ha en måte å forklare hvordan generell relativitet og kvantemekanikk går sammen - noe som har unngått dem i flere tiår og hemmet utviklingen av en teori om alt (ToE).
Av denne grunn har det vært en viss grad av spenning i det vitenskapelige samfunnet, med over 500 vitenskapelige artikler produsert om emnet. Takket være de enorme datamengdene som ble levert de siste månedene, ble imidlertid CERN-forskerne tvunget til å kunngjøre på ICEP 2016 fredag at det ikke var noen nye bevis for at det skulle være en partikkel.
Resultatene ble presentert av representanter for lagene som først la merke til de uvanlige dataene i desember i fjor. Representant for CERNs ATLAS-detektor, som først noterte fotonparene, var Bruno Lenzi. I mellomtiden representerer Chiara Rovelli det konkurrerende teamet som bruker Compact Muon Solenoid (CMS), som bekreftet opplesningene.
Som de viste, har avlesningene som indikerte en støt i fotonpar i desember i fjor gått inn i linjen, og fjernet enhver tvil om det var en fluke eller ikke. Som Tiziano Campores - en talsmann for C.M.S. - ble sitert av New York Times som sagt foran kunngjøringen, hadde lagene alltid vært tydelige på at dette ikke var en sannsynlig mulighet:
"Vi ser ikke noe. Det er faktisk til og med et lite underskudd nøyaktig på det tidspunktet. Det er skuffende fordi det er laget så mye hype om det. [Men] vi har alltid vært veldig kule med det. ”
Disse resultatene ble også angitt i et papir sendt til CERN av C.M.S. team på samme dag. Og CERN Laboratories gjentok disse uttalelsene i en fersk pressemelding som tok for seg den siste datatransporten som ble presentert på ICEP 2016:
"Spesielt har det spennende antydningen om en mulig resonans ved 750 GeV som forfalt til fotonpar, noe som forårsaket betydelig interesse fra 2015-dataene, ikke dukket opp igjen i det mye større datasettet for 2016 og ser dermed ut til å være en statistisk svingning."
Dette var alle skuffende nyheter, siden oppdagelsen av en ny partikkel kunne ha kastet litt lys på de mange spørsmålene som oppsto ved oppdagelsen av Higgs-boson. Helt siden det ble observert første gang i 2012, og senere bekreftet, har forskere kjempet for å forstå hvordan det er at selve tingen som gir andre partikler deres masse kan være så "lett".
Til tross for å være den tyngste elementære partikkelen - med en masse på 125 milliarder elektron volt - spådde kvanteteorien at Higgs-bosonet måtte være billioner ganger tyngre. For å forklare dette, har teoretiske fysikere lurt på om det faktisk er noen andre krefter på jobb som holder Higgs bosons masse i sjakk - dvs. noen nye partikler. Selv om det ikke er oppdaget nye eksotiske partikler ennå, har resultatene så langt fremdeles vært oppmuntrende.
For eksempel viste de at LHC-eksperimenter allerede har registrert omtrent fem ganger mer data de siste åtte månedene enn de gjorde i hele fjor. De tilbød forskere et glimt av hvordan subatomære partikler oppfører seg ved energier fra 13 billioner elektronvolt (13 TeV), et nytt nivå som ble nådd i fjor. Dette energinivået er blitt muliggjort fra oppgraderingene som ble utført på LHC i løpet av sin to år lange avstand; før det fungerte den med bare halv effekt.
En annen ting som er verdt å skryte av, var det faktum at LHC overgikk alle tidligere resultatrekorder i løpet av juni og nådde en topp lysstyrke på 1 milliard kollisjoner per sekund. Å kunne utføre eksperimenter på dette energinivået, og involvere disse mange kollisjonene, har gitt LHC-forskere et stort nok datasett til at de er i stand til å utføre mer presise målinger av standardmodellprosesser.
Spesielt vil de være i stand til å se etter anomale partikkelinteraksjoner med høy masse, som utgjør en indirekte test for fysikk utover Standardmodellen - spesielt nye partikler som er forutsagt av teorien om Supersymmetry og andre. Og selv om de ennå ikke har oppdaget nye eksotiske partikler, har resultatene så langt fremdeles vært oppmuntrende, hovedsakelig fordi de viser at LHC gir flere resultater enn noen gang.
Og selv om det å ha oppdaget noe som kan forklare spørsmålene som oppsto ved oppdagelsen av Higgs-bosonene, ville vært et stort gjennombrudd, er mange enige om at det rett og slett var for tidlig å få håpet opp. Som Fabiola Gianotti, generaldirektøren ved CERN, sa:
"Vi er akkurat i begynnelsen av reisen. Den ypperlige ytelsen til LHC-akseleratoren, eksperimenter og databehandlinger er ekstremt bra for en detaljert og omfattende utforskning av flere TeV-energiskalaer, og betydelig fremgang i vår forståelse av grunnleggende fysikk. ”
Foreløpig ser det ut til at vi alle må være tålmodige og vente på mer vitenskapelige resultater for å bli produsert. Og vi kan alle trøste oss med at standardmodellen fremdeles ser ut til å være den riktige i det minste for nå. Det er klart det ikke er noen snarveier når det gjelder å finne ut hvordan universet fungerer og hvordan alle dets grunnleggende krefter passer sammen.
