Fysikerne er ved at have styr på, hvorfor stof har masse - hvorfor ting vejer noget. De er efterhånden ganske sikre på, at det skyldes et særligt felt, der gennemsyrer universet, nemlig det såkaldte Higgs-felt.

Til Higgs-feltet hører en elementarpartikel, hvis eksistens blev forudsagt af den engelske fysiker Peter Higgs i starten af 1960'erne. Hvis feltet eksisterer, manifesterer det sig som den partikel, der nu kaldes Higgs-partiklen.

Den 4. juli 2012 blev denne partikel fundet af forskerne ved den enorme partikelaccelerator LHC ved det europæiske forskningscenter CERN i Schweiz, men faktisk er det først nu, at fysikerne kan præsentere et overbevisende bevis for, at der er en sammenhæng mellem Higgs-partiklen og stoffets masse. Det skriver Videnskab.dk

»Først nu har vi observeret sikre tegn på, at Higgs-feltet giver masse til stoffets partikler. Vi har nemlig set, at Higgs-partiklen kan henfalde til tau-partikler,« fortæller Stefania Xella, der er lektor på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Hun er en af de mange forskere, der har arbejdet hårdt på at analysere data fra LHC-detektoren ATLAS.½

Higgs'en henfalder til stofpartikler

Selve Higgs-partiklen, som giver masse til alle andre partikler, kan forskeren ikke detektere direkte, for den henfalder ekstremt hurtigt. Men de kan se de partikler, som den henfalder til. Det er præcis det, som ATLAS-detektoren er designet til - den skal registrere de forskellige andre partikler, som stammer fra henfaldet af en Higgs-partikel.

Fysikerne deler elementarpartikler op i to kategorier, nemlig stofpartikler (fermioner) og kraftpartikler (bosoner). Før det nye resultat havde forskerne kun set Higgs'en henfalde til de kraftbærende partikler. Den er enten blevet til fotoner, der bærer den elektromagnetiske kraft, eller til Z- eller W-bosoner, der bærer den svage kernekraft.

Læs også hos Videnskab.dk: CERN offentliggør spændende resultater om Higgs-partiklen

Der har altså manglet noget, nemlig henfald til de partikler, som stoffet består af. Alt, vi ser omkring os, består af kvarker og elektroner, og hvis det er Higgs-feltet, som giver disse partikler masse, så må Higgs-partiklen også kunne henfalde til dem.

Elektronens fede fætter

Nu har forskerne fra Niels Bohr Institutet og andre universiteter verden over vist, at Higgs'en også en sjælden gang imellem henfalder til to tau-partikler.

Den sammenhæng mellem Higgs-partiklen og stof-partikler er det hidtil bedste bevis for, at det er Higgs-feltet, der giver alting masse.

Tau-partiklen er elektronens fede fætter. Den opfører sig som elektronen, men er langt tungere. Når Higgs'en beviseligt giver masse til tau-partiklen, giver den højst sandsynligt også masse til de andre stof-partikler, herunder kvarkerne og elektronerne.

Læs også hos Videnskab.dk: Dansk Higgs-fysiker: Al mulig grund til at være glad

Analysen har taget lang tid

Det sker ikke så tit, at Higgs-partiklen henfalder til to tau-partikler, så derfor har det taget lang tid for forskerne at grave de rigtige informationer frem fra de enorme mængder af data, som ATLAS har produceret.

»Vi har samlet data siden 2009. En håndfuld mennesker på Niels Bohr Institutet og omkring 80 andre forskere fra andre lande har arbejdet på at finde ud af, om Higgs-partiklerne henfalder til tau-partikler. Nu kan vi sige med meget stor sikkerhed, at det er tilfældet,« siger Stefania Xella.

»Analysen af de mange data har været meget kompliceret. LHC lukkede ned for et år siden, og siden da har vi regnet på tallene. I det seneste halve år har vi dobbelttjekket vores resultater for at være helt sikre på, at Higgs'en kan blive til tau-partikler.«

Læs også hos Videnskab.dk: Higgs-partiklen er fundet med 99,99 procents sikkerhed

Higgs-feltet bremser partiklerne ned

»Det bedste ville være, hvis vi kunne vise, at Higgs'en henfalder til elektroner og de kvarker, som almindeligt stof består af. Men de partikler er ret lette, og henfaldet til dem sker uhyre sjældent.«

»Nu har vi set, at Higgs-partiklen kan henfalde til tungere stof-partikler, og så regner vi med, at den også kan henfalde til de lettere elementarpartikler, vi ser omkring os.«

»Mønsteret passer. Higgs'en opfører sig, som vi forventer ud fra vores teorier. Og Higgs-feltet kan forklare, hvorfor de fleste partikler har masse, så de ikke alle sammen farer af sted med lysets hastighed,« slutter Stefania Xella.

Nu glæder hun og de andre partikelfysikere sig til, at LHC starter op igen i 2015, hvor den så er blevet opgraderet. Til den tid vil acceleratoren kunne levere mange flere data, som gør os klogere på, hvordan naturen er skruet sammen.

Læs også hos Videnskab.dk: CERN: Hvorfor smadrer forskerne partikler mod hinanden?