Higgspartikeln kan sönderfalla till mörk materia-partiklar enligt ny modell

Partikelfysikens så kallade standardmodell beskriver framgångsrikt materiens minsta delar. Men modellen har sina begränsningar – den förklarar inte universums mörka materia. Chalmersforskaren Christoffer Petersson kan ha hittat en lösning. Hans teorier testas nu på partikelfysiklaboratoriet Cern.

Fysiker beskriver naturens minsta beståndsdelar – elementarpartiklar och krafter som verkar mellan dem – med hjälp av en uppsättning teorier som kallas standardmodellen. Modellen utvecklades på 1970-talet och har varit mycket framgångsrik, speciellt på att förutsäga existensen av oupptäckta partiklar.

Under de senaste årtiondena har partikelfysikerna upptäckt den ena efter den andra av standardmodellens förutsagda partiklar i sina partikelacceleratorer. Den sista i raden var Higgspartikeln som forskarna vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider (LHC) på Cern kunde bekräfta existensen av år 2012. Därmed var standardmodellen fullbordad.

Problemet är att det finns flera saker som standardmodellen inte kan förklara, till exempel den mörka materia som utgör en stor del av universum. Därför arbetar många partikelfysiker på att ta fram nya, mer omfattande modeller.

En av dem är Christoffer Petersson, som forskar i teoretisk partikelfysik på Chalmers och Université Libre i Bryssel. Tillsammans med ett par forskarkollegor har han föreslagit en partikelmodell som bygger på så kallad supersymmetri.

Modellen innehåller fler elementarpartiklar än standardmodellen, bland annat mörk materia-partiklar. Dessutom ger modellen Higgspartikeln andra egenskaper än vad standardmodellen förutsäger. Enligt modellen kan Higgspartikeln nämligen sönderfalla till en ljuspartikel och mörk materia-partiklar. Fast egenskaperna är lite svåra att upptäcka – det krävs att man tittar efter dem specifikt för att ha chans att hitta dem.

Men Christoffer Petersson är lyckosam – hans modell har vunnit gehör på Cern. Nu håller två oberoende experimentstationer – Atlas respektive CMS – vid Large Hadron Collider på att leta efter just de egenskaperna hos Higgspartikeln som hans modell förutsäger. Finns egenskaperna där är det ett en tydlig indikation på att modellen stämmer.

– Det är som en dröm för en teoretiker i partikelfysik. Det är bara vid LHC som modellen går att testa. Att dessutom två oberoende experiment vill göra det är ännu roligare, säger Christoffer Petersson.

I de första studierna var datamängden dessvärre för liten för att varken kunna bekräfta eller förkasta Christoffer Peterssons modell.

– Men vi är redan i full gång med att utföra nya analyser där vi testar hans modell på andra sätt och med mer data. Vi gratulerar Christoffer Petersson till att ha gjort ett viktigt arbete, säger Zeynep Demiragli vid CMS-experimentet på Cern.

Efter att ha stått stilla för uppgradering ett tag kommer LHC att köra igång igen våren 2015. Med högre energier i acceleratorn kommer experimenten definitivt få ihop tillräckligt med data för att utvärdera Christoffer Peterssons modell ordentligt. Han väntar med spänning på resultatet.

– Om den skulle visa sig stämma skulle det förändra hela vår uppfattning om naturens fundamentala byggstenar. Om inte är det stort bara att de ville testa min modell på Cern, säger han.

Den vetenskapliga artikeln om den nya partikelmodellen av Christoffer Petersson m fl

Första studien av modellen från CMS-experimentet på Cern

Första studien av modellen från Atlas-experimentet på Cern

Bildtext: En Higgspartikel har skapats i en LHC-detektor och sedan sönderfallit till fyra så kallade myoner (de fyra röda strecken). Enligt Christoffer Peterssons modell kan Higgspartikeln dessutom sönderfalla till en foton och mörk materia-partiklar.
Bild: Cern

För mer information, kontakta

Christoffer Petersson, institutionen för fundamental fysik, Chalmers, christoffer.petersson@chalmers.se, tel: 031-7723231, mobil: 0704-133288