Intervju Elin Bergeås Kuutmann

Vad är huvudsyftet med projektet?
Huvudsyftet med projektet är att bättre förstå hur elementarpartiklarna får sina massor och hur den så kallade elektrosvaga gaugesymmetrin bryts, och att förstå varför Higgsbosonen är så mycket lättare än den borde vara enligt de teoretiska förutsägelserna.

Mer specifikt finns det ett teoretiskt problem med den mekanism i partikelfysikens standardmodell som är ansvarig för symmetribrottet, nämligen det så kallade hierarkiproblemet, som handlar om varför Higgsbosonens massa är så lätt. Det finns ingen mekanism som tvingar massan att anta det observerade värdet. På grund av kvantkorrektioner borde Higgsbosonens massa vara mycket stor. Därför säger man att massan är ”finjusterad” till ungefär 30 decimaler, vilket är väldigt onaturligt för en fundamental teori. Två klasser av teorier som är ämnade att lösa detta är modeller med supersymmetri, där hierarkiproblemet mildras p.g.a. en symmetri som leder till kancellationer i divergenta integraler; och modeller med sammansatta Higgsbosoner (eng. composite Higgs), där Higgsbosonen inte är en fundamental partikel utan uppstår som en meson i en hittills oupptäckt sektor av partiklar som syns vid högre energier. I båda dessa klasser av teorier förekommer partiklar som är i någon mening associerade till toppkvarken, och om dessa kan upptäckas vid LHC så är det ett sätt att testa om Higgs är så som i Standardmodellen eller om den har att göra med supersymmetri eller om den är sammansatt. Det är detta vi kommer att undersöka i detta projekt. Projektet bygger på tre spår för vad vi kommer att studera experimentellt: supersymmetri och skalära toppkvarkar, sammansatta Higgs och vektorlika kvarkar, och indirekta sökningar efter ny fysik. Teoretiskt kommer vi att arbeta med alla dessa spår. Experimentellt fokuserar Uppsala på sökningar efter spår av sammansatta Higgs med hjälp av data från ATLAS-detektorn.

Varför är denna forskning viktig?
Detta projekt är ren ”nyfikenhetsdriven” grundforskning, med syftet att förstå naturen på den mest fundamentala nivån. Är världen begriplig? Hur fungerar egentligen Higgsbosonen, den mest nyupptäckta av våra (kanske) elementarpartiklar?

Hur stort är anslaget och hur mycket av det går till forskningen vid Uppsala universitet?
35 miljoner kronor över 5 år, som delas av sex seniora forskare, där två är verksamma vid Uppsala universitet.

Vilka andra lärosäten är delaktiga i projektet?
Stockholms universitet (där huvudsökande Sara Strandberg är verksam) och Chalmers.

Vilka forskare/doktorander/studenter är involverade i projektet från Uppsala universitet?
Seniora forskare: Elin Bergeås Kuutmann och Rikard Enberg är delvis betalda av KAW. Gunnar Ingelman deltar i projektet. Vår regelbundna gäst och nyblivna hedersdoktor Stefano Moretti från University of Southampton är associerad teoretiker. Två postdoc och en doktorand ska rekryteras på projektmedel, och för tillfället har vi tre examensarbetare. Andra doktorander som redan är anställda kommer förmodligen också att bli involverade.

Vad är det just ni ska göra inom projektet?
EBK: Om Higgsbosonen är sammansatt kommer det att innebära att även andra nya exotiska partiklar existerar, som till exempel vektor-lika kvarkar. Vi ska leta efter signaturer av sådana nya partiklar med hjälp av data från ATLAS-detektorn vid LHC. Tillsammans med gruppens teoretiker ska vi ta fram nya modeller och nya sätt att söka efter dessa klasser av partiklar.

RE: inom teorigruppen ska vi främst arbeta med modeller där Higgsbosonen inte är en elementarpartikel, utan är en sammansatt (”komposit”) partikel som uppkommer som en ”pseudo-Nambu-Goldstone-boson” genom spontant symmetribrott av en global symmetri inom en (hittills) okänd sektor bortom Standardmodellen. Vi kommer att utveckla och studera sådana modeller samt studera hur dessa modeller kan testas vid LHC och i andra sammanhang genom teoretiska beräkningar och datorsimuleringar.

Är detta ny forskning för er del eller fortsättning på ett tidigare projekt?
EBK: Jag har tidigare gjort sökningar efter vektor-lika kvarkar med ATLAS-detektorn (2013-14) men fokuserat på annat de senaste åren, så det blir en sorts nystart. Det nära samarbetet med teoretiker är helt nytt.
RE: Delvis ny. Den typ av specifika modeller vi kommer att studera är relativt ny forskning för mig, men de metoder vi kommer att använda och de experiment vi kommer att göra förutsägelser för är välbekanta från tidigare.

Hur kommer just ni (EBK & RE + ev övriga på UU) arbeta tillsammans?
Vi på UU träffas för diskussion av modeller, strategier för handledning av masterstudenterna, diskussion av viktiga publicerade artiklar. Vi håller kontakten med de övriga i projektet via digitala kanaler (e-post, chat-programmet slack, Skype, videokonferens) samt personliga möten. Forskningsanslaget inkluderar resemedel för regelbundna möten.
Inom vårt fält är det vanligt att samarbeta med personer vid andra universitet, även utomlands, så detta är inget nytt för oss.

Har ni arbetat tillsammans tidigare?
Nej.

Vad ska de andra universiteten göra (om det går att förklara enkelt)?
På Chalmers finns en teorigrupp (ledd av Gabriele Ferretti) som kommer att arbeta både med supersymmetri och sammansatta Higgsmodeller. I Stockholm finns en experimentgrupp (Sara Strandberg, Jörgen Sjölin, David Milstead) som främst kommer att arbeta med supersymmetri och indirekt sökande.

Hur kommer ni arbeta tillsammans med de andra lärosätena?
Vi i Uppsala har både teori och experiment och kommer att delta i båda. Teoretikerna i projektet kommer att deltaga ”på tvärs” i alla tre spåren, medan experimentellt kommer Uppsalagruppen till stor del att koncentrera sig på sammansatta Higgs och vektorlika kvarkar och Stockholmsgruppen på de andra två spåren.

Vad betyder det för er forskning att ni fått detta anslag?
EBK: För mig är det första gången jag har förmånen att arbeta nära teoretiker, och jag ser verkligen fram emot att få fördjupa mig i modellerna bakom de experimentella signaturerna. Tidigare har min forskning varit mer inriktad på enbart mätningar, som därefter tolkats, och inte drivet av modellbyggande som nu.

RE: Vi får möjlighet att rekrytera forskare, och dessutom ska det bli mycket spännande att samarbeta med både teoretiker och experimentalister, och att se hur det fungerar med den här sortens kollaboration.

Vad kan den här forskningen leda till framöver?
I bästa fall: att någon ny teoretiskt förutsagd partikel upptäcks vid LHC med hjälp av experimentella och teoretiska metoder vi utvecklat. Det hänger på att naturen samarbetar. Det är också möjligt att någon ny partikel upptäcks vid LHC, och att vi kan angripa detta inom detta projekt. I annat fall kommer det att leda till nya gränser på de teorier vi studerar.