Spår av okänd elementarpartikel förklaras med svensk teori

Partikelfysiker världen över väntar just nu spänt på besked om de spår av en helt ny partikel som upptäcktes i den senaste körningen av partikelacceleratorn Large Hadron Collider vid Cern. En av dem är Christoffer Petersson på Chalmers, som i en nyligen publicerad artikel i tidskriften Physical Review Letters redogör för hur han förutspådde partikelspåren redan 2013.

– En ny partikelupptäckt nu skulle vara det största som hänt på 40 år. Mycket, mycket större än upptäckten av higgspartikeln, som var väntad och inte innehöll några överraskningar, säger Christoffer Petersson, doktor i subatomär fysik och plasmafysik vid institutionen för fysik på Chalmers.

Genom partikelkollisioner på Cern upptäcktes 2012 higgspartikeln, som varit förutspådd i över 40 år och som fullbordade den så kallade standardmodellen. Det är den modell som hittills fungerat som en karta över alla elementarpartiklar i universum, men som till exempel inte kunnat ge svar på vad mörk materia är. Under 2015 körde man igång Cern-acceleratorn igen, efter uppgraderingar med 60 procents högre kollisionsenergi. Med den högre energin skulle det nu bli möjligt att skapa och se tyngre partiklar som alltså inte har någon given plats i standardmodellen. Och det var just spår av en sådan partikel man kunde presentera den 15 december 2015.

Ge viktiga ledtrådar
– Efter higgs-upptäckten visste vi lika lite om hur vi skulle gå vidare som vi gjorde innan, men en ny partikel skulle ge oss viktiga ledtrådar för vilken väg vi ska gå för att hitta en ny teori som kan ersätta standardmodellen. Det skulle kunna innebära flera generationers arbete för både teoretiker och experimentalister och därför är många extremt taggade och exalterade nu, säger Christoffer Petersson.

Än behöver man analysera mer data för att upptäckten av den nya partikeln ska anses vara bekräftad, men hoppet om att ett sådant besked ska kunna ges mot slutet av sommaren väcktes ytterligare när man i mars 2016 kunde presentera nya resultat från Cern-acceleratorn som gjorde spåren ännu tydligare. Då stod det också klart för Christoffer Petersson och hans kollega Riccardo Torre, på École Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz, att det man hittat stämde precis in på de teoretiska förutsägelser som de publicerat redan 2013.

– Vi hörde rykten om att man hittat fler kollisioner än förväntat som gav upphov till två fotoner, eller ljuspartiklar, och eftersom det stämde precis in på vår teori satte vi oss direkt och skrev en artikel som byggde på den teorin. Det faktum att de här spåren stämde överens med den teori vi redan tidigare hade föreslagit gör vår förklaring väl motiverad. Det finns ju väldigt många andra möjliga förklaringar, men de allra flesta är efterkonstruktioner, säger Christoffer Petersson.

Tyngre superpartiklar
Det man alltså upprepade gånger har hittat är två stycken fotoner vars totala energi blir till en massa som motsvarar sex gånger higgspartikelns massa. Orsaken till detta resultat skulle kunna vara att en ny tung partikel har skapats i kollisionerna och sedan sönderfallit till två fotoner. Christoffer Petersson och Riccardo Torres teori utgår ifrån den så kallade supersymmetrin, som målar upp en möjlig förlängning av standardmodellen genom att säga att varje partikel i den har en mycket tyngre superpartner. Det innebär därmed att det för alla kända elementarpartiklar finns ytterligare lika många att upptäcka.

Forskare har under 40 år letat efter alternativ till standardmodellen. Nu ser det alltså mer lovande ut än någonsin att man kommer att få experimentella resultat som kan användas för att antingen stärka eller utesluta många av de föreslagna teorierna. Men även om Christoffer Peterssons artikel nyligen har blivit uppmärksammad i flera vetenskapliga tidskrifter så tycker han själv att det mest spännande är att få vara med under en omvälvande tid.

– Nu är den första drömmen att det här spåret blir bekräftat. Det skulle vara som att börja om från början, och bara att få vara aktiv i en tid där hela området går in i en ny era skulle vara helt fantastiskt.

För mer information:
Christoffer Petersson, institutionen för fysik, Chalmers, 031-772 32 31, christoffer.petersson@chalmers.se