År 2026 är det dags för nästa stora uppgradering av partikelacceleratorn LHC i CERN, Schweiz. I ett källarlabb vid universitetsområdet Albanova testas några av de cirka ettusen kretskort som ska bidra till att öka precisionen. Uppgraderingen tar närmare fyra år och därefter ska forskarna kunna samla in tio gånger mera data per sekund än idag. Målet är att kunna återskapa vad som hände de första pikosekunderna efter Big Bang.

Wallenberg Scholar Sara Strandberg leder Stockholms universitets forskning inom Atlas-experimentet vid LHC.

– Efter uppgraderingen blir det möjligt att mäta egenskaper hos Higgspartikeln som fortfarande är okända. Vi kommer också att kunna fördjupa vår förståelse av den process i det tidiga universum då elementarpartiklarna fick sina massor.

Universums tidiga historia

Elementarpartiklar kan beskrivas som krusningar i de osynliga energifält som fyller universum: de kvantmekaniska fälten. Dessa fält har vanligtvis värdet noll i sitt grundtillstånd – förutom Higgsfältet. Något hände under de första pikosekunderna efter Big Bang som gav Higgsfältet unika egenskaper. Det är denna fasövergång som forskarna hoppas kasta ett ljus över.

– Precis efter Big Bang skedde en process som är mycket viktig i universums historia. Kan vi förstå den bättre så skulle det kunna ge svaret på en rad frågor, som till exempel varför det inte finns lika mycket antimateria som materia.

Teorin eller modellen som bäst förklarar samspelet mellan universums grundläggande partiklar och krafter kallas för standardmodellen. Men standardmodellen är ofullständig eftersom den inte kan svara på flera av fysikens största frågor. Till exempel inkluderar den inte gravitation eller förklarar mörk materia.

Mätningarna som blir möjliga vid LHC under nästa decennium kan bidra till en utvidgning av standardmodellen. Eller kullkasta den för en helt ny teori.

– Personligen så önskar jag att vi hittar något som inte alls stämmer överens med standardmodellen. Det vore minst lika stort som när vi fann Higgspartikeln 2012.

Tidigt en del av forskningsprojektet

Upptäckten av Higgspartikeln var resultatet av en gigantisk forskarinsats inom projekten Atlas och CMS som involverade tusentals internationella forskare. Sara Strandberg var en av dem och har varit en del av Atlas-projektet sedan sin tid som postdoktor år 2007.

– Upptäckten kändes helt fantastiskt på så många olika vis. Som partikelfysiker ska du ha en väldig tur att få vara med vid upptäckten av en ny partikel. Samtidigt var det en lättnad efter att ha arbetat så hårt under så många år.

Forskning inom partikelfysik gör det möjligt att åstadkomma något riktigt stort. Jag har alltid velat arbeta inom ett forskningsfält där man hade chansen att förändra vår förståelse av världen.

Mycket av det tidiga arbetet inom Atlas-projektet var väldigt praktiskt inriktat: forskarna gick i skyddshjälmar i utgrävda grottor och tunnlar och installerade detektorer. Nästa uppgradering kommer att innebära mer av samma handfasta uppgifter.

– Det är nästan det roligaste med det här jobbet: att du får göra allt. Designa och bygga experimenten, kalibrera dem och sen samla in data. Därefter skriver du vetenskapliga artiklar som blir frukten av 30 års arbete, säger Sara Strandberg.

Nära ljusets hastighet

Under experimenten vid LHC accelereras protoner till närmare ljusets hastighet för att sedan krocka med varandra. Krockarna sker cirka 40 miljoner gånger i sekunden, dygnet runt, året om. Vid varje krock bildas stora mängder data som sedan bearbetas av algoritmer.

Förhoppningen är att de nya experimenten ska kunna visa hur Higgspartikeln delar sig i två Higgspartiklar. När det sker kan de också samla in viktig information om egenskaperna hos partikelns ursprung: Higgsfältet.

Higgsfältet genomsyrar hela universum och det är i kontakten med det som alla andra partiklar får sin massa. För att förklara funktionen hos Higgsfältet använder Sara Strandberg en analogi där universum ses som ett fält täckt av djup snö.

Partiklar som är väldigt tunga korsar fältet i vanliga lågskor vilket gör att de sjunker ned djupt i snön och har svårt att ta sig fram. Medan lättare partiklar korsar fältet med snöskor, och de allra lättaste glider över snön på nyvallade skidor.

Man kan dock aldrig vara helt säker på vad de nya experimenten leder till i form av ny kunskap.

– Du vet aldrig på förhand vad som händer. Precis som när du kastar en tärning kan du inte säga om det blir en sexa eller en tvåa. Vårt jobb är att krocka de här protonerna så ofta vi bara kan. Och sen så får man i efterhand försöka lista ut vad som har hänt.

Hennes intresse för fysik väcktes redan på högstadiet och hon läste gärna populärvetenskapliga artiklar om universum. Samtidigt verkade fysik vara mer av en hobby än ett yrke, därför började hon i stället plugga till veterinär. Men medan de andra studenterna tog tag i vardagsbestyren runt djuren så satt hon bredvid och filosoferade kring rymden och svarta hål.

– Snart insåg jag ju att där kunde jag inte stanna och sökte mig så småningom till partikelfysiken. Min drivkraft har alltid varit en nyfikenhet på hur världen är uppbyggd. Och nu har jag fått vara med om att skriva om fysikböckernas beskrivning av vad universum består av.

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström