Jaktar på gåtene til universet

I 50 år har fysikarar frå 80 land og 500 universitet frå heile verda kome saman ved Det europeiske laboratoriet for partikkelfysikk (CERN) for å få testa ut teoriane sine i praksis. Forskinga på CERN har resultert i to Nobelprisar i fysikk og i verdsveven. Den 19. oktober feira laboratoriet 50-årsjubileet med Frankrikes president Jaques Chirac og Spanias kong Juan Carlos som dei mest kjende gjestene. Uniforum har besøkt partikkelfysikarane sitt tempel i Genève.

ATLAS: Fysikkprofessor Steinar Stapnes ved UiO framfor eit av elementa til Atlas-detektoren.
Foto: Ola Sæther

Finst det ein Higgs partikkel som gir masse til opp- og nedkvarkar, elektronar, elektron-nøytrinoar og alle andre fundamentale partiklar og som kan få fysikarane sin teori (Standardmodellen) om kva verda er sett saman av og kva som held den saman til å gå opp? Viss denne partikkelen finst, kan den nye kollisjonsmaskina til CERN, LHC (Large Hadron Collider) oppdaga den.

I dag veit me at det trengst berre fire forskjellige byggjesteinar for å byggja opp all vanleg materie. Desse partiklane blir kalla opp-kvarkar, ned-kvarkar, elektronar og elektron-nøytrinoar. Opp- og nedkvarkane sit djupt inne i protonane og nøytronane i atomkjernen. Elektronane går i baner rundt atomkjernen, og saman dannar dei atomar, som igjen bind seg saman til dei aller mest komplekse objekta. Elektron-nøytrinoane er den siste delen av denne kvartetten.

Det er for å kunna gå enda vidare i studia av desse fundamentale byggjesteinane og kreftene som bind dei saman, at CERN no er i ferd med å byggja ein ny akselerator eller kollisjonsmaskin LHC (Large Hadron Collider).

UiO-fysikar nestleiar for Atlas-prosjektet

Noreg deltar i to av dei fire forskingsprosjekta som er knytte til denne akseleratoren. Fysikkprofessor Steinar Stapnes ved UiO er nettopp byrja som viseprosjektleiar for Atlas-prosjektet, der mellom 1500 og 2000 fysikarar og ingeniørar frå heile verda deltar. Han tar Uniforum med ut til anlegget der dei er i ferd med å klargjera detektorar og magnetar før dei denne veka skal seinkast 100 meter under jorda.

- Når akseleratoren står ferdig i 2007, vil dei store detektorane, som vil vera like store som eit fem etasjar høgt hus, klara å handtera 800 millionar partikkelkollisjonar kvart einaste sekund. For å få til desse kollisjonane, vil me bruka kraftige superleiande magnetar for å halda LHC-protonane i den 27 km lange bana. Dei vil bli sende rundt i bane i eit lukka system med ein temperatur på 270 kuldegrader. I slike låge temperaturar er det svært liten motstand, forklarar Stapnes.

Kvar gong partiklane blir knuste mot kvarandre i frontalkollisjonar inne i slike akseleratorar eller mot målskiver på utsida av akseleratoren, blir det produsert nye partiklar. Dette skjer ved at stoff går over til energi og tilbake igjen etter Albert Einsteins formel E=mc2. E står for energi, m for masse og c er lysfarten.

- Men av 100 millionar kollisjonar vil berre 10 til 20 vera interessante for oss, fortel UiO-professoren. Atlas er ein av dei partikkeldetektorane som skal byggjast opp rundt kollisjonspunkta. Oppgåva er å registrera kva som skjer når partiklane kolliderer.

- Atlas-detektoren vil kunne registrera 40 millionar proton-kollisjonar kvart einaste sekund. Detektorsystema til kollisjonsmaskinene kan skildrast som "sylindriske løkar" fullpakka med avansert elektronikk. Kollisjonane skjer i midten og dei forskjellige laga av detektorar måler forskjellige eigenskapar ved partiklane som strøymer ut, fortel han.

Kan løysa tre gåter

Han listar opp tre hovudområde som Atlas-prosjektet kan gi svar på.

- Finst det eit Higgs-felt som vil gi opphav til partiklar som blir kalla for Higgs-bosonar? Det vil i tilfelle forklara korleis alle partiklar får massen sin. Om dei finst, vil me kunne oppdaga dei med eksperimenta våre.

- På same måte som det finst partiklar og spegelbilete av partiklane, altså anti-partiklar, må det finnast ein anti-materie som er eit spegelbilete av materie. Teorien går ut på at det var lik mengd materie og anti-materie like etter Big Bang. På grunn av at materien på ein eller annan måte fekk innersvingen på anti-materien kom dette i ubalanse tidleg i utviklinga av universet. Men kvar tok anti-materien vegen? Det vil me prøva å finna svaret på.

- Og til sist, men ikkje minst, vil me prøva å finna supersymmetriske partiklar som kan vera forklaringa på kvifor det eksisterer mørk materie, forklarar Stapnes.

På leit etter Higgs-feltet

Ein av dei fremste teoretikarane ved CERN i dag er professor John Ellis. Sidan Higgs-feltet blei foreslått av professor Peter Higgs ved University of Edinburgh, har han forska mykje på Higgs-feltet og på sjansane for å oppdaga det ved CERN.

- Denne teorien er Den heilage gralen vår, vedgår han med eit smil.

- Klarer me å påvisa at det finst ein Higgs partikkel i eksperimenta med den nye kollisjonsmaskina, vil fysikken sin Standardmodell vera fullkomen. Higgs-mekanismen handlar altså om masse. Alt rom er fylt med eit Higgs-felt, og ved å røra seg i samsvar med dette feltet vil partiklane trekkja til seg massen sin. I Higgs-feltet vil det altså finnast minst ein ny partikkel, Higgs-bosonet, forklarar Ellis.

For å illustrera Higgs-feltet og korleis partiklar får masse, viser han til kva som skjer når ei fotballstjerne som David Beckham kjem inn i eit rom med mange pressefotografar.

- Då vil han tiltrekkja seg merksemda til alle pressefotografane samtidig. Då vil han brått få store vanskar med å gå framover fordi han tiltrekkjer seg ei stor mengd masse, og oppfører seg difor som ein tung partikkel. Og dersom eit rykte blir sett ut blant desse pressefotografane, vil dei klumpa seg saman for å høyra om dette stemmer, og då vil denne klynga kunne liknast med Higgs-partiklar, fortel han.

- Men kva skjer om det ikkje blir oppdaga nokon Higgs-boson?

- Då må me nok forkasta alle dei teoriane som me har jobba med dei siste ti åra, ja, kanskje heile Standardmodellen. Men personleg er eg heilt sikker på at den blir oppdaga, meiner Ellis.

Skeptisk

Ein som ikkje er like sikker på det, er fysikkprofessor Egil Lillestøl ved Universitetet i Bergen. Han leier for tida Europa- og Latin-Amerika-skulen til CERN, og har tidlegare vore med i toppleiinga ved dette forskingslaboratoriet.

- Eg veit at dette er som å banna i kyrkja, men eg meiner at det er like stor sjanse for at Higgs-bosonet ikkje blir oppdaga som at det blir det. Personleg synest eg det er viktigare å finna fram til ei løysing på korleis ein kan sameina Einsteins relativitetsteori med kvantefysikken og få vidareutvikla strengteorien.

- Då vil det vera mogleg å krølla opp sju av ti nye dimensjonar på ei lita overflate. Det vil vera ein kandidatteori som kan omfatta all kjent materie og alle kjende krefter i universet, slår han fast.

- Ein slik strengteori vil vera supersymmetrisk og innehalda absolutt alle partiklar. Det vil bli ein teori som kan forklara all naturvitskap, meiner Lillestøl.

Milliardinvesteringar

Fysikkprofessor Eivind Osnes ved Universitetet i Oslo er visepresident for CERNs råd. Det er det øvste styringsorganet ved CERN, som har ein generaldirektør som tar seg av den daglege styringa. Årsbudsjettet er på 1,3 milliardar sveitserfrancs, rundt 7 milliardar norske kroner. Noreg betaler rundt to prosent av dette, altså rundt 100 millionar kroner. Sidan Osnes også sit i finansstyret, får han eit godt innblikk i kor store summar det dreiar seg om.

- Den viktigaste avgjerda me har tatt, var å investera i den nye kollisjonsmaskina (LHC) til 3 milliardar sveitserfrancs, altså rundt 16,5 milliardar kroner. Det var ei løyving me vedtok i 1996.

- Difor undrar det meg storleg at norsk industri ikkje har vore interessert i å konkurrera om å levera utstyr til dette kjempeprosjektet. På 1970-talet var Norsk Data sterkt inne og fekk kontrakt på levering av datautstyr. I dag viser ikkje norsk industri den same viljen til å vera med i utviklinga av framtidas teknologi her ved CERN, konstaterer Osnes.

Vårt heimelaboratorium

Han kan ikkje leggja sterk nok vekt på kor viktig CERN er for partikkelfysikarane både i Noreg og i dei andre 19 medlemslanda.

- Dette er vårt heimelaboratorium. Når ein skal testa ut teoriane i praksis, må ein dra hit for å få utført dei. Det faktum at teknologien bak verdsveven (World Wide Web) og GRID, altså samanknytinga av datakraft frå datamaskiner over nettet, er utvikla på CERN, viser kor viktig dette forskingssenteret er, også når det gjeld sideverknader av grunnforskinga som ein driv på med her, påpeikar Osnes.

Fakta om CERN:
- grunnlagt i 1954
- verdas største partikkelfysikklaboratorium
- har 20 medlemsland
- 2507 tilsette
- har 7000 brukarar frå 80 land
- tre nobelprisvinnarar i fysikk
- verdsveven blei grunnlagt her
Emneord: Forskning, Internasjonalisering, Fysikk Av Martin Toft
Publisert 2. nov. 2004 13:22 - Sist endra 10. des. 2008 15:17
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikkje UiO- eller Feide-brukar?
Opprett ein WebID-brukar for å kommentere