Hur kan Higgspartikeln vara så lätt?

Projekttitel: Hur kan Higgspartikeln vara så lätt?
Huvudsökande: Sara Strandberg, Stockholms universitet
Medsökande: Elin Bergeås Kuutmann, avdelningen för högenergifysik
Beviljade medel: 35,2 miljoner kronor under fem år
Finansiär: Projektanslag från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse

Syftet med partikelfysik är att undersöka naturens minsta beståndsdelar och studera hur de växelverkar med varandra. Vår nuvarande förståelse kan sammanfattas med den så kallade standardmodellen för partikelfysik, som beskriver hur elementarpartiklar som kvarkar och elektroner växelverkar via den elektromagnetiska, svaga och starka kraften. Men även om standardmodellen har varit oerhört framgångsrik med att förklara experimentella data från partikelacceleratorer så finns det starka skäl att tro att detta inte är den slutgiltiga teorin. Standardmodellen ger exempelvis ingen förklaring till vad universums mörka materia består av, eller varför det finns så mycket mer materia än antimateria i universum. För att kunna förklara dessa observationer så krävs en mer allomfattande teori.

Den sista pusselbiten i standardmodellen, Higgspartikeln, upptäcktes 2012 vid CERN:s stora hadronkolliderare LHC. Ett av partikelfysikens största olösta mysterier rör Higgspartikelns massa. Om man utgår från den rådande standardmodellen och försöker beräkna Higgspartikelns massa så får man ett svar som är ofattbart mycket större än den massa som uppmätts med stor noggrannhet av experiment på CERN. Enligt standardmodellen erhålls Higgsmassan genom att addera och subtrahera en mängd olika bidrag, som vart och ett är mycket stort. Det enda sättet att erhålla den uppmätta massan är att finjustera dessa olika enorma bidrag så att de nästan exakt tar ut varandra.

En analogi för denna finjustering av de olika bidragen till Higgsmassan vore att komma in i ett rum och finna en blyertspenna som står och balanserar på sin spets. Även om detta inte bryter mot någon naturlag skulle det te sig väldigt onaturligt, och man skulle gissningsvis anta att det måste finnas t.ex. ett snöre som håller upp pennan. Om inte standardmodellen utvidgas måste man utan vidare förklaring acceptera att pennan balanserar, medan mer allomfattande teorier istället ofta innehåller det snöre eller liknande som borde behövas för att hålla pennan uppe.

Detta projekt kommer att fokusera på två olika typer av utvidgningar av standardmodellen som erbjuder en naturlig förklaring till den låga Higgsmassan. Den ena är supersymmetri, och den andra en grupp av teorier som bygger på att de partiklar vi tror är odelbara i själva verket är sammansatta objekt. Båda dessa grupper av teorier förutspår nya partiklar som skulle kunna upptäckas vid LHC. Syftet med projektet är att leta efter dessa nya partiklar för att på så sätt identifiera vilken teori som ligger bortom standardmodellen.

Att LHC startades igen 2015 med högre kollisionsenergi än tidigare, innebär unika möjligheter att upptäcka dessa nya partiklar. Det faktum att inga partiklar utanför standardmodellen hittills har hittats vid LHC motiverar en breddning av sökandet. Vi kommer därför att konstruera nya teorier och undersöka de outforskade experimentella signaturer som dessa teorier förutsäger med hjälp av data från ATLAS-experimentet vid LHC. Då detta arbete innehåller både teoretiska och experimentella komponenter har vi bildat en grupp bestående av teoretiker såväl som experimentalister från tre svenska universitet.

Sara Strandberg