Wallenberg Academy Fellows

Söker nya Higgspartiklar som kan förklara universums mörka gåtor

Jonas Strandberg vill veta hur universum och dess allra minsta partiklar fungerar. Han var med och hittade Higgspartikeln, och letar nu efter fler och tyngre Higgspartiklar som kan komplettera partikelfysikens teorier. Det skulle i så fall kunna sprida ljus över kosmologiska mysterier som mörk materia och mörk energi.

Sommaren 1998 vann Frankrike fotbolls-VM på hemmaplan. Jonas Strandberg glömmer aldrig den sommaren. Han var fysikstudent på Stockholms universitet och hade fått möjlighet att delta i ett sommarprogram på Cern, världens mest avancerade laboratorium för partikelfysik utanför Genève, på gränsen mellan Schweiz och Frankrike.

– Jag älskade att vara på Cern, det är en fantastisk miljö. Det var 250 studenter från hela världen med i programmet och stämningen var på topp. Innan dess var jag osäker på vad jag vill jobba med, men där blev jag helt fast i experimentell partikelfysik.

Redan året efter var Jonas Strandberg tillbaka på Cern för att göra sitt examensarbete. Sedan dess har han återkommit flera gånger, och bidragit till ett historiskt framsteg i forskningen. Den 4 juli 2012 släpptes nyheten att forskarna vid Cern hittat en ny elementarpartikel, den länge eftersökta Higgspartikeln.

– Vi jobbade superhårt och under stor press mot den här upptäckten. Så när det väl var över kändes det lite som ’aha, var det inte mer?’, skrattar han, men tillägger att det förstås är fantastiskt att ha fått vara med om ett av de största genombrotten inom fysiken.

Efter upptäckten börjar det roliga

Partikelfysiken handlar om att förstå hur universum fungerar. Higgspartikeln är en viktig pusselbit i fysikens standardmodell som beskriver samspelet mellan elementarpartiklarna, de minsta beståndsdelarna i all materia omkring oss. Teorin bakom Higgspartikeln skapades redan på 1960-talet av François Englert and Peter W. Higgs och 2013 fick de Nobelpriset i fysik, tack vare framgångarna i Cern.

– Higgspartikeln ger, lite förenklat, massa till alla partiklar i universum. Utan massa skulle alla partiklar färdas i ljusets hastighet och inga atomer skulle kunna bildas – och därmed inga stjärnor eller planeter, förklarar Jonas Strandberg

”Det här anslaget betyder jättemycket för min forskning. Det ger framförallt en långsiktig trygghet, som gör att jag vågar och kan fullfölja ett forskningsprogram som jag verkligen tror på. Det är också ett kvitto på att jag har en bra forskningsplan.”

Han är uppvuxen på Gotland och ville bli forskare redan i grundskolan. Möjligheten att få resa lockade. Och det har blivit många år utomlands. Doktorandtiden tillbringade Jonas Strandberg på världens näst största labb för partikelfysik, Fermilab utanför Chicago i USA. Han var postdok vid University of Michigan och hamnade sedan på Cern där han arbetade med analyserna som ledde fram till upptäckten av Higgspartikeln.

Nu är Jonas Strandberg återigen tillbaka på Cern efter några år i Sverige. Han har ett tvåårigt uppdrag som koordinator inom Atlas-experimentet. Målet är att förfina kunskapen om Higgspartikelns egenskaper och söka efter nya elementarpartiklar. Vi fångar honom under en kort visit på KTH:s avdelning för partikelfysik och astropartikelfysik i AlbaNova, där han arbetat sedan 2011.

– För oss forskare är det nästan ännu roligare efter själva upptäckten. Jag brukar jämföra med en upptäcktsresande som hittar ett nytt land som sedan utforskas. Så nu har vi gått i land och tittar på om det var precis den här partikeln som vi hade förutsett, eller om vi hittar något som avviker från teorin. Vi mäter noggrannare och får mer data på vilka egenskaper Higgspartikeln har.

Protonkrockar ger ledtrådar

På Cern finns världens kraftigaste partikelaccelerator, LHC. Genom att låta protoner kollidera med varandra i en 27 kilometer lång tunnel, 100 meter under jorden, kan forskarna återskapa tillståndet som rådde bara en bråkdel av sekund efter Big Bang.

– De flesta av elementarpartiklarna är kortlivade. När universum skapades fanns det en slags soppa av alla de här partiklarna. Sedan expanderade universum och kyldes av och när det blev tillräckligt kallt sönderföll partiklarna. I LHC kan vi se de här partiklarna poppa upp och försvinna igen.

Atlas-detektorn fångar upp signaler från sönderfallsprodukterna, därefter rekonstrueras partiklarna med hjälp av matematiska algoritmer i kraftfulla datorer.

– Det skapas bara en Higgspartikel på tio miljarder protonsmällar, så tar det lång tid att fiska fram bevis.

Samhällsviktig forskning

Universum består till 95 procent av mörk materia och mörk energi, fenomen som inte standardmodellen kan förklara idag. Jonas Strandberg undersöker därför om det finns fler och tyngre Higgspartiklar, enligt en kompletterande teori om att alla elementarpartiklar har en supersymmetrisk partner.

Den här typen av grundforskning som Jonas Strandberg med stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ägnar sig åt är viktig för samhällets långsiktiga utveckling, anser han.

– För hundra år sedan när relativitetsteorin och kvantmekaniken utvecklades trodde man inte att det skulle få någon praktisk användning. Men idag använder vi relativitetsteorin för att bygga gps-teknik, och kvantmekaniken är helt fundamental för att vi ska kunna göra nanoelektronik. Så om hundra år kommer det säkert finnas behov att räkna ut något så precist att vi behöver ta med Higgspartiklar.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström