9 sep. 2008

Vad anser ni om Higgs-partikeln?


Imorgon, onsdag, invigs den största partikel-acceleratorn i mannaminne, CERN, i Genève. Det man främst vill lokalisera med hjälp av dessa fancy elementarpartikel-krockar, är en liten lirare som kanske inte ens finns.

Men den hypotetiska lilla gynnaren är redan vida beryktad: I vissa stora tidningsrubriker står att det finns en oro för att det ska bildas svarta hål under dessa experiment, så att vi alla förintas. Dessutom kallas Higgspartikeln även "gudspartikeln". Kanske för att man tror att den ska förklara hela universum......Nu får det räcka med krigsrubriker utan närmare förklaring. Låt oss rekapitulera.

Varför vill man påvisa Higgs-bosonen?

Jo, för den skulle förklara skillnaden mellan den "mass-lösa" fotonen (ljusets partikel) samt W- och Z-bosonerna, vilka är riktiga tungviktare, väger mer än atomkärnan för järn!

Detta kan hjälpa till att visa symmetrin hos den svaga kärnkraften, vilket är ett steg på vägen till att få kött på benen för en sträng-teori....

Higgs-bosonen är en kvant-komponent hos det teoretiska (notera: teoretiska, ej påvisade ;) ) Higgsfältet (nedre bilden). Higgsfältet har, även i vakuum, ett väntevärde som är över noll.

Detta väntevärde spelar en stor roll: Den ger massa åt alla partiklar i universum, som har massa. Inklusive Higgs-bosonen själv. Detta icke-noll-vakuum, Higgs-mekanismen, kan tydligen bryta den svaga kärnkraftens rymd-geometri.

Dvs, många forskare tänker sig att detta betyder att andra typer av "rymder" kan finnas, på andra sätt, eller hur man nu ska uttrycka det... utan detta symmetri-brott kan inte de berömda tio-elva strängarna, som enligt strängteoretikerna bygger upp universum, existera. Och inte heller kan vi säga något om ifall det finns andra universa heller, utan det efterlängtade Higgs-fältet.

Djärva teorier står alltså på spel.

Min bloggranne, fysikern och författaren Peter Woit, är själv ganska skeptisk, men har sammanställt några citat om vad man väntas finna i CERNs accelerator. Det märkliga är att de olika vetenskapsmännen har motsatt uppfattning om "gudspartikelns" existens.


Jan Berglin kommenterar förväntningarna med några färska serierutor :)


Vad tycker ni om de kommande kollisionerna?
Ställ gärna frågor om ni vill.
.
.
Photo 1: The silicon strip tracker of the Compact Muon Solenoid (CMS) nears completion. Shown here are three concentric cylinders, each comprised of many silicon strip detetectors (the bronze-coloured rectangular devices, similar to the CCDs used in digital cameras). These surround the region where the protons collide.
Source:
http://cmsinfo.cern.ch/

Photo 2: from Jan Henrik Andersen art gallery

Twingly: Dagen: Forskare anmäler Big Bang-maskin, Dagen, SvD, DN, DN, SvD, Sydsvenskan,

46 kommentarer:

Dag Selander sa...

@ENKLA Z: Min kompis Ralph som jobbat på CERN sa häromdagen apropå all uppståndelse inför morgondagen:

- Det verkar som om de uppfinner 'hålet', nä, cykelhjulet igen...

Återkommer snart. Ska kolla lite närmare vad han sa... och vad han menade. Spännande är det iallafall
/Dag Sr

Dag Selander sa...

JO, det var ungefär vad han sa. Om svarta hålet etc. Han säger: Jag var med och startade upp det hela och nu är jag pensionerad... varpå jag påpekar att det är ju pinsamt att han som på 80-talet byggde upp anläggningen, inte ens är inbjuden inför rallyt som börjat imorron...

LeoH sa...

Jag önskar, att jag åtminstone kunde ana något lite vad det handlar om:-)Måste erkänna att jag är och det inte lite, avundsjuk på er som verkar förstå.

Dag Selander sa...

Här ett lästips från Ralph f.d. CERN
http://www.computerweekly.com/Articles/2008/09/05/232151/the-cern-laboratory-and-the-big-bang-theory-an-essential-guide-for-it.htm

---
Sorry, mitt allmänna CERN-snack. Visst, jag tror att du Z har nåt viktigt att förmedla i det du säger om Higgs-partikeln.

Tror att vetenskapen också i detta fall ger utrymme för allt större ödmjukhet inför tillvarons och skapelsens ursprung och sammanhang. Det där med Gudspartikeln tål att fundera på...

averater sa...

bara ett litet stavfel:
du har skrivit om den masslösa protonen, men menar fotonen.
mvh

Charlotte Therese sa...

Känner mig lite lost in space.

Det här var på väldigt hög och förtätad partikelnivå för en icke-naturvetare.

Får nog läsa om det ett par gånger.

Om jag nu hinner.

Eller förvandlas vi kanske alla till intet imorgon om något går snett?

Tycker det verkar läskigt faktiskt utifrån beskrivningen, samtidigt som det är intressant...

Charlotte Therese sa...

Efter att ha läst det två gånger nu så har jag en del frågor som kanske skulle börja förklara det här för min del.

Kan du tänka dig att beskriva strängteorin på ett enkelt sätt i ett inlägg?

Undrar också vad "den svaga kärnkraftens rymd-geometri" är.

Egentligen undrar jag redan vad svag kärnkraft är...? Har det något med vanlig kärnkraft att göra. Fast i rymden?

Higgsfältet såg annars ganska trevligt ut på bilden - hur de nu kan gissa hur det ser ut - när de inte ens vet om det finns.... ;-)

Lustigt att man måste tänka sig att det finns för att kunna tänka sig ytterligare saker som kanske inte heller finns.

Det här låter ju mycket mer spekulativt än teologin... :-)

paerhc sa...

z: Inte för att jag förstår så mycket om det, men att kalla den där partikeln som kanske inte ens finns för gudspartikel är väl lite hybris. Fast det kanske kan övertala de forskare som ännu inte är troende att fundera i de banorna?

Och så till frågorna: de där z- och w-partiklarna finns alltså? Är de också "bosoner"? Vad är en boson då? Är det inte de lite mer elektriskt laddade fotonerna helt enkelt elektroner? Hur kan de då vara utan massa? En elektron måste ju finnas och då har den väl massa... eller?

Z sa...

Averater

Vad skulle jag göra utan dig? Fattar inte varför jag skrev "protoner", när det skulle vara "fotoner". Skyller på att jag var trött.

Kommer att bemöta era frågor så lättförståeligt som bara möjligt, när jag hinner idag.

Z sa...

Dag

Nämen, så orättvist mot din vän att han inte blev inbjuden.

LeoH

Jag skrev artikeln för att själv försöka få grepp om saken. Samt för att läsarna skulle få ett forum om detta: "Vad anser vi om Higgspartikeln?" kanske ter sig som en fräck fråga, men det är inte helt omöjligt för "mannen på gatan" att föra filosofiska resonemang.

:)


Charlotte

Visst blev det en hel del namedropping....

Angående den svaga kärnkraften:

Svag kärnkraft eller svag växelverkan är en av de fyra fundamentalkrafterna i naturen. Kraften spelar en roll i betasönderfall med åtföljande radioaktivitet. Den förmedlas av W-bosonerna (W+ och W-) och Z-bosonen (Z0).

Z sa...

Mer till Charlotte

Angående den berömda rymd-symmetrin ("gauge theory"), så är den en länk mellan kvantmekaniken och makro-fysiken:

Gauge theory is the cornerstone of the quantum field theories used in the Standard Model of elementary particle physics.

It provides a mathematical formulation of interactions - derived from symmetry principles similar to those in the classical theories.


Gruppen bosoner, som Higgs-partikeln tillhör, är partiklar som (utbrednings-statistiskt) skiljer sig från fermionerna (elektroner, protoner, etc).

Boson-exempel: fotoner, Higgs-partikeln (om den finns), samt de tunga W- och Z-bosonerna


Innan strängteorin "avhandlas", kan jag kort säga:

Det är en matematisk lösning på problemet med att sammanfoga mikrokosmos med makrokosmos.

Bra artikel:


Strängteori är en modell inom fysiken som ämnar beskriva materiens allra minsta byggstenar.

De fundamentala byggstenarna inom strängteorin är endimensionella vibrerande strängar, vilket innebär att de har en rumslig utsträckning till skillnad från tidigare fysikaliska modeller som baserades på punktlika (noll-dimensionella) partiklar.

Anonym sa...

Nu ångrar jag att jag inte blev professor i fysik! Det här verkar hur spännande som helst även om jag inte förstår.

Jag är 60+ och undrar om det är för sent att dra igång en utbildning? *fnissar*

//ninni

Z sa...

Paerhc

Hoppas du hittar lite svar i mina kommentarer till Charlotte

Är det inte de lite mer elektriskt laddade fotonerna helt enkelt elektroner?

Fotoner (ljusets partiklar) har ingen laddning, däremot har de en massa, men ändå inte.

Ex: Eftersom de aldrig kan vara i vila, har de ingen vilomassa

fotoner

Från länken:
Man kan säga att fotoner kan staplas på varandra och det finns alltså ingen gräns för hur många fotoner som får plats i ett rum.

Z sa...

Ninni:
Oj. Jag trodde du var i 25-30-årsåldern.

Det finns riktigt go'a fysikböcker för folk som inte studerat detta tidigare men som tänker logiskt, som du :)

Charlotte Therese sa...

Jag skulle också gärna vilja få ett grepp om det här och liknande ämnen på ett hyfsat lättbegripligt sätt... Hoppas du tar dig an den bloggmissionen även framöver... :-)

Ångrar att jag inte läste en kurs som gavs för många år sen som lät spännande: "Fysik för poeter".

Varje sak du förklarar öppnar upp för massor av nya frågor.

Här bara en:

Vilka är de övriga fyra fundamentalkrafterna?

Inte heller säker på hur det kan gå ihop att hur många fotoner som helst får plats i ett rum, även om de skulle flyta in i varandra. Rummet är ju ändå begränsat till sin yta...

Sen undrar jag om strängarna (om de finns) möjligen tänks vara spiralformade?

I så fall borde jag nog ta itu med ett inlägg jag liksom inte har skrivit fast jag har tänkt på det många gånger....

Jag häpnar förresten varje gång jag hör om sånt här, av vilka svindlande perspektiv som öppnas upp teologiskt - av naturvetenskapen...

Tänk om man var rejält insatt i bådadera...

Z sa...

Glömde nämna strängteoretikernas drömscenario:

Det inträffar om man hittar sk motsvarigheter:

dvs t ex fotoner som är fermioner, och elektroner som är bosoner.

Charlotte Therese sa...

Z,

Och det skriver du just när jag tyckte att det började klarna... ;-)

Hur kan man veta att de är fermioner/bosoner in disguise?

Detta skrevs medan allt tycktes nästan glasklart nyss:

http://katolskakyrkan.blogspot.com/2008/09/gudspartikeln-p-spren.html

Charlotte Therese sa...

Länken funkade visst inte att kopiera in - nu kanske:

länk

Alde sa...

Min tonårsdotter kom hem igår kväll och berättade att vi skulle dö imorgon! Hela jorden skulle gå under och alla hennes kompisar satt vid datorerna till sena natten, ömsom skämtande, ömsom rädda och allvarliga.
Alltihop var för svårt för någon att få grepp om, vilket var tur för alla somnade tydligen till slut och var inte förvånade över att vakna och behöva gå till skolan imorse.

Men de hittade en annan läskig sak.. har du lust får du gärna hjälpa mej att kolla upp det här. Vetenskapligt eller ej, men tydligen något övernaturligt. Troligtvis något rent vansinnigt. Någon på internet har gjort bigbang i huvudet på alla ungdomar genom den här sidan
peter answers.com
eller goggla på det
Detta tror de på men har tappat förtroendet för vetenskapen för att jorden inte gick under.

Hör av dej om du kan klura ut vad det där handlar om, hur får de svar... och av vem?

Z sa...

Alde
peteranswers.com, har inte tid att sätta mig in i det, men det verkar handla om tarot-kort, samt om ungdomar som lurar varandra:

Här är en som tycker det är creapy:
http://loading.se/forum.php?thread_id=31944&page=1#1121210

och här är en som förklarar hur man gör så att "Peter" svarar något specifikt

Z sa...

Alde
Visa gärna sista länken för din dotter.

Aleph sa...

En av de viktigaste poängerna med Higgs-partikeln är, såvitt jag förstått, att man förväntar sig en grundläggande symmetri i naturen. Varje existerande partikel uppvägs av en spegelvänd partikel. Dock har man upptäckt symmetribrott bland elementarpartiklar, vilket man försöker lappa ihop genom den hypotetiska Higgsbosonen. Den har också funktionen att skapa massa ("tyngd") hos partiklar den växelverkar med; och massa är också något som man annars inte riktigt vet hur den skulle uppkomma.

Vad säger Zäta, en god sammanfattning?

D sa...

Jag vill inte vara oförskämd, Z, men varje gång du tror dig ge en 'lättfattlig' förklaring av något naturvetenskapligt så ger jag upp efter en eller två meningar. Du kunde lika gärna skriva på kinesiska, så långt över min nivå ligger du...

Däremot så kan jag tipsa dem som är intresserade om att det finns massor med naturvetenskapliga kurser och föredrag på alla tänkbara nivåer på podcast och iTunes U. Alldeles gratis kurser från Stanford, Yale, Berkeley, Duke och alla möjliga prestigeuniversitet. Datasamhället har sina fördelar!

Själv har jag dock fullt upp med allt jag vill lyssna på inom teologi, humaniora och språk... (Önskar bara att de katolska universiteten inte låg så hopplöst efter! 98% av teologin är reformert eller möjligen [amerikansk-]luthersk...)

Z sa...

Aleph

Ja, Higgsfältet, menar man, är boven i symmetri-brottet:

"In particular, the acquisition of a non-zero vacuum expectation value spontaneously breaks electroweak gauge symmetry, which scientists often refer to as the Higgs mechanism."


D

En kort bra liknelse om Higgsfältet:

"In essence, this field is analogous to a pool of molasses [sirap!] that “sticks” to the otherwise massless fundamental particles which travel through the field,

converting them into particles with mass which form, for example, the components of atoms."


Det vore grejernas grej att hitta sådant "sirap"

sleepaz sa...

Här är en rätt basic film om Lhc

http://www.youtube.com/watch?v=fPxYdObyJ2A

Aleph sa...

Z: Då kan man också för tydlighetens skull tillägga att Higgspartikeln/Higgsbosonen är den partikel som Higgsfältet består av. Kvantfysiken lär ju att elementarpartiklarna är både vågor (som bygger upp "fält") och partiklar på samma gång.

paerhc sa...

Vad bra med alla lättfattliga förklaringar i detta enkla ämne. Nu tror jag att jag äntligen kan påbörja min doktorsavhandling i partikelfysik. :) En fråga bara, på en nivå som även jag kan hänga med på, varför kalla den just "gudspartikel"? Är det en medveten provokation eller är det seriöst så att en del tror sig ha hittat Gud?

paerhc sa...

En annan fråga till den som känner sig manad att svara: vad händer om man inte hittar något med den där jättemaskinen? Eller är de som håller på med ämnet så pass säkra på att hitta rätt partikel redan innan man börjat experimentera?

Aleph sa...

Begreppet "the God particle" lär ha myntats av Leon Lederman, nobelprisvinnare och kollega tillHiggs. Fast Lederman ville egentligen kalla den "that goddamn particle"... Länk.

Lederman har skrivit en bok med den tankeväckande titeln "The God Particle. If the Universe Is the Answer, What Is the Question?"

Helena sa...

Z,
Roligt ämne!

Jag måste bara fråga kort något:

Hur kan egentligen en endimensionell sträng vibrera, måste de inte vara tredimensionella för att kunna detta?
Vibreringen förutsätter väl att den sker vinkelrät mot längden/sträckan?

Kanske det bara är ett uttryck, eller så har jag missuppfattat det du skrev.

En ytterligare fråga: Vad menar du med följande "Detta kan hjälpa till att visa symmetrin hos den svaga kärnkraften"?

Allt gott!

Aleph sa...

Helena: Jag är ivrig här och föregriper Z, i min fysikaliska entusiasm ;-) Men så här: Strängarna är endimensionella, men antas vibrera i fler dimensioner. Föreställ dig att du svänger en ståltråd i din hand: själva ståltråden har bara längd (en dimension), men täcker en yta (två dimensioner) när den vibrerar. På samma sätt kan en supersträng antas vibrera i praktiskt taget hur många dimensioner som helst, även om supersträngteorin nöjer sig med högst elva dimensioner.

Charlotte Therese sa...

Jag väntar spänt på en begriplig redogörelse av strängteorin...

Undrar även i anslutning till senaste inlägget hur en sträng kan vara endimensionell - en ståltråd har ju inte bara längd utan även viss bredd/höjd.

Aleph sa...

Jag skulle nog vilja kalla det en "ful tankeovana" ;-) En sträng kan vara enbart endimensionell (bara ha längd) likaväl som en kub är enbart tredimensionell (bara har längd, bredd och djup). Att vi har svårt att ta till oss strängens existens beror bara på att vi är så vana vid att det som existerar har tre dimensioner. Ingenting säger egentligen att tre dimensioner skulle vara det enda "naturliga".

Charlotte Therese sa...

Jag tycker att det är enklare att tänka sig flera dimensioner än tre - upp emot oändligt många - än att greppa något som skulle ha bara en dimension.

Finns det något annat än strängar som är endimensionellt, som man kan jämföra med?

Kraxpelax sa...

Det är Lûzgannons beständiga policy att till 100% instämma med Fri Hetspropaganda i fråga om 77 gånger samt förkunna att Var Fru är den kaoska kykans Hönshjärna nr intill evig tid eller så länge tngetbodet håller med uttrycklig fullmakt sinead Hin Hålige Anden Quack Quack Quack Quack.

Z sa...

Kraxpelax, läs detta

http://enklabloggen.blogspot.com/2008/08/skenande-blodtryck-i-ntdebatter.html?showComment=1220785320000#c297184847167708556

paerhc sa...

aleph: Tack för ditt svar på min fråga om gudspartikeln. :)

paerhc sa...

z: tack för ditt svar också! :)

Aleph sa...

Charlotte: Hur menar du att du kan föreställa dig något med oändligt många dimensioner? Rent abstrakt matematiskt kan man beskriva en kropp som har fyra eller fem dimensioner, men knappast någon matematiker gör anspråk på att kunna visualisera för sig hur en sådan kropp skulle se ut. Vi har inga empiriska erfarenheter att jämföra med.

Dimensionsbegreppet går ju tillbaka på klassisk geometri: En punkt har noll dimensioner. Om man förbinder punkten med en annan utanförstående punkt får man en linje (en dimension). Förbinder man sedan linjen med ytterligaren en punkt utanför linjen får man en yta (två dimensioner); och om man lägger till ytterligare en punkt utanför ytan får man en volym (tre dimensioner). Inget hindrar oss från att i tanken gå vidare och lägga till ytterligare dimensioner, som kan tänkas existera någonstans - men uppenbarligen inte i vår vardagsverklighet.

Strängteorin gör antagandet att alla partiklar i grunden består av tvådimensionella strängar. De flesta av vibrationerna är så små att vi inte märker av dem i vårt makroskopiska universum; de "stora" vibrationerna är det som ger vårt tredimensionella universum.

De små vibrationerna/dimensionerna ger en möjlighet att knyta samman teorierna för kvantfysiken (mikrokosmos) med allmän relativitetsteori (makrokosmos). Då skulle vi få en TOE - Theory Of Everything. Den skulle inte ha mycket att säga om människans moraliska, estetiska eller meningsskapande liv, men däremot förklara hur alla fysikaliska skeenden i universum hänger samman. Det skulle antagligen också ge möjlighet till nya tekniska och praktiska användningsområden, om man nu vill lägga en nyttoaspekt på saken.

Paerhc: :-)

Aleph sa...

Korr till mig själv: "Strängteorin gör antagandet att alla partiklar i grunden består av vibrerande endimensionella strängar" ska det förstås vara.

Z sa...

Helena

med
"Detta kan hjälpa till att visa symmetrin hos den svaga kärnkraften"
menar jag följande:

Svag kärnkraft (svag växelverkan), är en av naturens fyra fundametala krafter, och beror på de tunga W- och Z-bosonernas ständiga utbyte. Den svaga kärnkraften orsakar typiskt beta-sönderfall ("elektron-strålning")

Vad gör Higgsfältet/-partikeln här?

Jo, den sk Higgsmekanismen, är enda möjligheten för att W- och Z-bosonerna ska ha någon massa. (Fältet orsakar ett symmetri-brott)

Elecrto-weak symmetry-breaking


Charlotte

De andra tre fundamentala krafterna i naturen är

den starka kärnkraften (växelverkan),
elektro-magnetisk kraft,
samt gravitationen

Aleph

Tack för förklaringarna.

Tror du att det finns något labbresultat som kan visa att supersträngar inte kan finnas?

Aleph sa...

Z: Jag är inte så insatt att jag kan bedöma det, men det verkar vara en missuppfattning (ofta framförd) att strängteorin inte skulle kunna bli åtkomlig genom observationer eller experiment. en intervju med Stephen Hawking förklarar detta:

"While questioning the likelihood of finding Higgs Bosons, Hawking said the experiment could discover superpartners, particles that would be 'supersymmetric partners' to particles already known about.

'Their existence would be a key confirmation of string theory, and they could make up the mysterious dark matter that holds galaxies together,' he told the BBC."

Jag tycker inte grundtanken i strängteorin är särskilt svår att greppa. Om man förutsätter att universum på kvantfysikalisk nivå består av fler dimensioner än den nivå vi själva lever i (som beskrivs genom allmän relativitetsteori), så förklarar det eventuellt alla "främmande" fenomen vi observerar inom kvantfysiken. Elementarpartiklarnas beteende skulle bara påverkas av betydligt fler rumsdimensioner än vi är vana vid i makrokosmos, och i övrigt lyda relativitetsteorins lagar.

Sedan blir matematiken oerhört komplicerad och närmast oöverskådlig, vilket tycks vara det största problemet med strängteorin. Och ibland får jag känslan av att den matematiska dimman gör att man tycker sig urskilja en lösning, som egentligen inte finns där...

Joakim sa...

Vill ni få en glimt om hur materiens inre VERKLIGEN ser ut, klicka på mitt namn och kolla några partikelmodeller där teorin faktiskt är begriplig.

Aleph sa...

Här finns en åskådlig förklaring av strängteorin och bakgrunden till den.

Länken förklarar att allmän relativitetsteori harmoniskt övergår i kvantmekanik om man förutsätter flera dimensioner i mikrokosmos. Det borde rimligtvis innebära att också kvantfysiken kan förklaras relativistiskt, men det kan gott påpekas om man ska vara petig med detaljer. En annan detalj som kan nämnas är att det i dagsläget är oklart ifall strängteorin bör innehålla 10 eller 11 dimensioner.

Aleph sa...

Jag kan gott fortsätta med korrigeringar.

Zäta skrev:

De andra tre fundamentala krafterna i naturen är

den starka kärnkraften (växelverkan),
elektro-magnetisk kraft,
samt gravitationen


De är:

* Den starka (kärn)kraften = stark växelverkan. Den kraft som håller ihop partiklarna i atomkärnorna.
* Den svaga (kärn)kraften = svag växelverkan. Den kraft som håller kvar partiklar i banor runt atomkärnorna.
* Elektromagnetismen. Uppträder som magnetism, elektricitet och ljus.
* Gravitationen

Den svaga kärnkraften har bevisats vara ännu en variation av elektromagnetismen, så de två krafterna sammanförs numera i den elektrosvaga kraften (Nobelpris 1979). Så egentligen återstår bara tre krafter i naturen: Svag kärnkraft, elektrosvag kraft och gravitation.

"Kraft" och "växelverkan" är synonymer för samma sak.

Charlotte Therese sa...

Aleph,

>Hur menar du att du kan föreställa dig något med oändligt många dimensioner? Rent abstrakt matematiskt kan man beskriva en kropp som har fyra eller fem dimensioner, men knappast någon matematiker gör anspråk på att kunna visualisera för sig hur en sådan kropp skulle se ut. Vi har inga empiriska erfarenheter att jämföra med.

Jag vet inte hur, men jag kan det utan problem - men kanske snarast att det kan finnas (oändligt?) många dimensioner - som i sin tur påverkar saker.

Varför bara 10 eller 11?

Däremot tycker jag det är svårare att föreställa mig något endimensionellt.

Även en linje måste ju vara relaterad till något annat för att vi ska kunna uppfatta den - t.ex. ritad på ett papper, eller en ljusstråle som utgår från en punkt till en annan (frågan är om ljusstrålen inte har minst två dimensioner, kanske tre).

Skicka en kommentar

Sjung ut