Presentationstal av professor Lars Brink, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, ordförande i Nobelkommittén för fysik, 10 December 2013

Professor Lars Brink presenterar Nobelpriset i fysik 2013 i Stockholms Konserthus. Copyright © Nobel Media AB 2013
Photo: Alex Ljungdahl

“Världen är så stor så stor …
Större än du nånsin tror …”

Sedan Zacharias Topelius skrev dessa ord för snart 150 år sedan har vi förstått att världen är än mycket större och än mer komplex än vad någon då kunde ana. Vi kan nu utforska rymden miljarder ljusår bort, och med de största mikroskopen, partikelacceleratorerna, kan vi studera fysiken på obegripligt små avstånd. Är det då inte förmätet av människan att söka förstå all den fysik som världen rymmer, att försöka finna lagar som täcker alla dessa fenomen. Nej! Albert Einstein skrev att det mest fantastiska med Naturen är att den är begripbar.

Edith Södergran skrev en gång: “Kan du fånga med händerna en stjärna som stiger mot höjden, kan du mäta dess flykt?”

Ja, vi kan mäta dess flykt.  Isaac Newton förklarade att lagen vi använder då, är densamma som den som styr när äpplet faller. En fysikalisk lag beskriver många fenomen som kan tyckas ha helt olika ursprung. Vad har stjärnorna och äpplet gemensamt? Jo, de har en massa och gravitationskraften, tyngdkraften bestäms av massorna, inget annat. Naturen är rationell.

När den nya kvantfysiken utvecklades för hundra år sedan förstod vi också att Naturen är kvantiserad. Materien kan delas upp i sina minsta beståndsdelar. För precis hundra år sedan kunde Niels Bohr förklara att väteatomen bestod av en liten kärna med en proton och med en elektron som cirkulerade runt. Vi kunde nu förstå att den enhetliga teorin för världen måste sökas i mikrokosmos.

De stora partikelacceleratorerna som utvecklats sedan 1950-talet är de verktyg vi använder för att utforska mikrokosmos. Komplexiteten i dessa moderna konstruktioner motsvarar den som man mötte i byggandet av de stora katedralerna för tusen år sedan. Vi fann nu inte bara en mångfald av nya elementarpartiklar utan också två krafter som enbart verkar i mikrokosmos; den starka kärnkraften som binder kärnorna samman och den svaga kärnkraften som ger upphov till de radioaktiva sönderfallen. Hur kan man beskriva en kraft som bara verkar över mycket små avstånd? Spelreglerna inom kvantfysiken är mycket snäva.

Prototypen för en korrekt teori var kvantelektrodynamiken som beskriver en kraft med lång, makroskopisk räckvidd. Tänk på två laddade kulor som man håller i var sin hand. Om man bara ändrar teorin till att ha kort räckvidd fallerar den direkt. Man bryter symmetrierna som vi säger. Det fanns dock ett sätt att bevara symmetrin men bryta den i grundtillståndet. Kanske kunde det användas? Det förutsatte dock existensen av en ny massiv partikel och en masslös. Den sista skulle leda till en ny typ av strålning, som man inte sett. Kunde man bli av med den? Var forskarna på fel spår?

Lösningen kom för knappt femtio år sedan i två arbeten, det ena av François Englert och Robert Brout och det andra av Peter Higgs, två korta arbeten på någon sida var som förändrade världen. De kombinerade helt enkelt en teori som elektrodynamiken med de två fält som ger upphov till de partiklar jag precis nämnde.  De visade då, att den oönskade partikeln som skulle ge upphov till en ny strålning kombinerade sig med det elektromagnetiska fältet till en kraft med räckvidd bara över mikrokosmos. Den massiva partikeln var dock kvar i teorin. Vi hade nu en ny teori av samma typ som elektromagnetismen men med kort räckvidd och massiva partiklar. Vi hade förenat två krafter. Vad gjorde nu partikelfysikerna? De ignorerade denna nya teori! Inte kunde väl denna teori vara invändningsfri? Brout, Englert och Higgs trodde detta, men det var först efter sju år som en ung holländsk student Gerhard ‘t Hooft kunde visa att teorin fungerar, i ett arbete av oerhörd komplexitet, som ledde till Nobelpriset år 1999.

Nu förstod fysikvärlden, och mycket snabbt utvecklades en enhetlig teori för de tre krafterna som verkar i mikrokosmos, den starka och den svaga kärnkraften och elektromagnetismen. Denna kallas Standardmodellen för Partikelfysik, en teori som i princip styr världen, så länge gravitationskraften kan försummas. Den krävde nya partiklar, kvarkar och leptoner och kraftpartiklar som snabbt upptäcktes. Men den nya partikel som Brout, Englert och Higgs förutsagt som man nu förstod gav upphov till massa för alla massiva fundamentala partiklar fann man inte. För trettio år sedan hade man funnit i stort sett allt utom denna partikel. Fanns den?

Man förstod att det fordrades en accelerator av en mycket stor omfattning som kunde producera kollisioner med en energi som tidigare bara producerats i det mycket tidiga universum. Det tog bortåt trettio år av förberedelser och sedan byggande vid CERN i Genève innan man kunde söka efter den eftertraktade partikeln. År 2010 började så 6 000 forskare två stora experiment och den 4 juli 2012 kunde man för världen sprida budskapet att man funnit partikeln. Standardmodellen var komplett och man hade funnit att Naturen följer just den lag som Brout, Englert och Higgs skapat. En fantastisk triumf för vetenskapen.

Professeur Englert, vous avez, avec votre collègue le Professeur Brout tristement décédé et avec le Professeur Higgs, trouvé la clé pour comprendre la masse des particules élémentaires, découverte pour laquelle le Prix Nobel vous est décerné. Au nom de l’Académie Royale des Sciences de Suède, j’ai le privilège de vous transmettre mes plus chaleureuses félicitations pour votre travail exceptionnel. Je vous demande maintenant de bien vouloir vous avancer pour recevoir votre prix Nobel des mains de Sa Majesté le Roi.

Professor Higgs you have together with Professors Englert and Brout found the key to understanding the masses of elementary particles for which you have been awarded the Nobel Prize. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences it is my privilege to convey to you my warmest congratulations for your outstanding work. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prize from the hands of His Majesty the King.