Paul Musset (i mitten), då representant för Gargamelle-samarbetet, stod i kontrollrummet i bubbelkammaren med samma namn 1974. Gargamelle gav de första direkta bevisen för existensen av neutrala strömmar 1973. Kredit:CERN
I början av 1970-talet hade idén om en massiv skalär boson som slutstenen i en enhetlig teoretisk modell av de svaga och elektromagnetiska interaktionerna ännu inte förankrats i ett fält som fortfarande höll på att lära sig att leva med vad vi nu känner som standarden. modell för partikelfysik. När årtiondets olika genombrott gradvis konsoliderade detta teoretiska ramverk, framstod Brout–Englert–Higgs (BEH)-fältet och dess boson som den mest lovande teoretiska modellen för att förklara massans ursprung.
På 1960-talet fanns det anmärkningsvärt få citat av tidningarna av Sheldon Glashow, Abdus Salam och Steven Weinberg om teorin om förenade svaga och elektromagnetiska interaktioner. Allt detta förändrades dock 1971 och 1972 när, i Utrecht, Gerard 't Hooft och Martinus Veltman (en före detta CERN-anställd) bevisade att mätteorier som använder Brout-Englert-Higgs-mekanismen för att generera massor för gaugebosoner är renormaliserbara, och är därför matematiskt konsekventa och kan användas för att göra tillförlitliga, exakta beräkningar för de svaga interaktionerna. Detta genombrott fick bred publicitet i ett inflytelserik föredrag av Benjamin Lee från Fermilab under ICHEP-konferensen som hölls där 1972, där han talade länge om "Higgs fields."
Speciellt uppmuntrad av CERN-teoretiker Jacques Prentki och Bruno Zumino, prioriterade Gargamelle-samarbetet sökandet efter svaga neutrala ströminteraktioner i CERN-neutrinostrålen, och deras representant Paul Musset presenterade de första direkta bevisen för dem i ett seminarium på CERN den 19 juli 1973. Detta första experimentella stöd för enandet av de elektromagnetiska och svaga interaktionerna väckte stort intresse och noggrann granskning, men accepterades allmänt inom några månader. Den neutrala strömupptäckten övertygade fysiker om att den begynnande standardmodellen var på rätt väg. Tidigare CERN-generaldirektör Luciano Maiani, citerad i en CERN Courier-artikel från 2013, uttrycker det så här:"I början av decenniet trodde folk i allmänhet inte på en standardteori, även om teorin hade gjort allt. Den neutrala strömmen signaler ändrade det. Från och med då var partikelfysiken tvungen att testa standardteorin."
Nästa genombrott kom 1974, när två experimentella grupper som arbetade i USA, ledda av Sam Ting vid Brookhaven och Burt Richter vid SLAC, upptäckte en smal vektorresonans, J/psi, med framträdande sönderfall till lepton-antileptonpar. Många teoretiska tolkningar föreslogs, som vi på CERN diskuterade över telefon i spännande midnattsseminarier med Fred Gilman på SLAC (nästan 40 år före Zoom!). Den vinnande tolkningen var att J/psi var ett bundet tillstånd av charmkvarken och dess antikvark. Existensen av denna fjärde kvark hade föreslagits av James Bjorken och Sheldon Glashow 1964, och dess användning för att undertrycka smakförändrande neutrala svaga interaktioner hade föreslagits av Glashow, John Iliopoulos och Maiani 1970. Mary K. Gaillard (en lång- terminsbesökande forskare vid CERN), skrev Jon Rosner och Lee en inflytelserik artikel om charmens fenomenologi 1974, och experiment föll gradvis i linje med deras förutsägelser, och den slutliga bekräftelsen kom 1976.
Uppmärksamheten hos de flesta av de teoretiska och experimentella gemenskaperna drogs sedan mot sökandet efter de massiva W- och Z-vektorbosonerna som är ansvariga för de svaga interaktionerna. Detta motiverade konstruktionen av högenergiska hadronkrockare och ledde till upptäckten av W- och Z-bosonerna vid CERN 1983 av ett team under ledning av Carlo Rubbia.
Det verkade dock för Mary K. Gaillard, Dimitri Nanopoulos och mig själv vid CERN att nyckelfrågan inte var existensen av de massiva svaga vektorbosonerna, utan snarare frågan om den skalära Higgs-bosonen som gjorde det möjligt för standardmodellen att vara fysiskt konsekvent och matematiskt beräkningsbar. På den tiden kunde antalet artiklar om Higgs-bosonens fenomenologi räknas på ena handens fingrar, så vi bestämde oss för att beskriva dess fenomenologiska profil i detalj och täcka ett brett spektrum av möjliga massor. Bland de produktionsmekanismer vi övervägde var den möjliga produktionen av Higgs-bosonen i samband med Z-bosonen, vilket genererade stort intresse under LEP 2:s dagar. Bland Higgs-sönderfallslägena vi beräknade var det till ett par fotoner. Denna distinkta kanal är särskilt intressant eftersom den genereras av kvanteffekter (loopdiagram) i standardmodellen.
Trots vår övertygelse om att något liknande Higgs-bosonen måste existera, slutade vår artikel med en varning som var lite tungan i vågen:"Vi ber om ursäkt till experimentalister för att de inte har någon aning om vad som är massan av Higgs-bosonen ... och för att inte vara säkra på dess kopplingar till andra partiklar, förutom att de förmodligen alla är mycket små. Av dessa skäl vill vi inte uppmuntra stora experimentella sökningar efter Higgs-bosonen, men vi anser att människor som utför experiment som är sårbara för Higgs-bosonen borde veta hur det kan dyka upp."
Denna försiktighet berodde delvis på att dagens seniora fysiker (Dimitri och jag var under 30 vid den tiden) ansåg att idéerna kring elektrosvag symmetri bröt och Higgs-bosonen med ganska gulsotade ögon. Ändå, allteftersom tiden gick, upptäcktes de massiva W och Z, existensen eller ej av Higgs-bosonen steg upp på den experimentella agendan, och inga rimliga alternativa teoretiska förslag till existensen av något som Higgs-bosonen dök upp. Experimentalister, först vid LEP och senare på Tevatron och LHC, fokuserade allt mer på sökningar efter Higgs-bosonen som den sista byggstenen i standardmodellen, vilket kulminerade i upptäckten den 4 juli 2012. + Utforska vidare
