A-magasinet

Snart kan forskerne finne svar på gåten mørk materie

CERN har brukt to år på å oppgradere maskineriet til å yte tett oppunder lysets hastighet. Nå står forskerne på terskelen til å finne svaret på gåten mørk materie.

  • Kjersti Nipen
    Journalist

Partikkelakseleratoren i CERN har vært stengt i to år. Når forsøkene nå starter igjen, er det forbudt for mennesker å oppholde seg her nede. DENIS BALIBOUSE

På punkter langs hele den 27 kilometer lange tunnellen har teknikere åpnet opp, finpusset og forbedret. Etterpå er akseleratoren i stand til å sende materie i hastigheter nær lysets. Ingeborg Moe

I to år har fysikere og teknikere finpusset hver minste del av den 27 kilometer lange tunnelen som går i en underjordisk sirkel under grensen mellom Sveits og Frankrike.

Nå er det et langt kraftigere anlegg som starter opp igjen ved CERN, Europas kraftsenter for partikkelfysikk. Hastigheten i akseleratoren er skrudd opp, tett oppunder lysets hastighet. Det gir en kapasitet verden aldri har sett maken til tidligere. Forskerne skal sende partikler på kollisjonskurs mot hverandre gjennom de lange tunnelene, for å skape reaksjoner sist sett ved The big bang.

Se video fra CERN om hvordan partikkelakselleratoren er oppgradert :

(Trykk på CC-symbolet nede til høyre i videoen for engelsk teksting av fransk tale).

Søndag 5. april gikk de første teststrålene av protoner gjennom den oppgraderte tunnellen. Herfra kan alt skje.

— Jeg har en drøm: Å se det første lyset i det mørke universet, forteller Rolf Heuer, CERNs toppsjef, på pressekonferansen for gjenåpningen.

Det som nå skal skje i tunnelen under bakken, vil kunne forklare noen av universets største gåter - eller føre til at forskernes teorier må skrives helt om.

Uansett alternativ: 2015 ligger an til å bli et minneverdig år i fysikkens verden.

Underjordisk rør

Plakater på bakkeplan forsøker å informere om hva som egentlig foregår hundre meter under bakken. Men det er vanskelig å forstå dimensjonene. Ingeborg Moe

Det er under bakken det skjer. Du kan ikke se det unike laboratoriet på overflaten. Med de mektige Jura-fjellene i bakgrunnen og Sveits og Frankrike på hver sin side, ligger det som ser ut som verkstedhaller på sletten. På utsiden er veggene dekorert med fargerike malerier som prøver å vise hva som foregår der nede. Men det er likevel vanskelig å begripe. Dimensjonene er både veldig store og veldig små.

Under føttene våre ligger forskningssenteret CERNs partikkelakselerator, der man leter etter svarene på de helt store spørsmålene. Hva finnes der ute? Hvor kommer vi fra?

Da forskerne her fant en ny partikkel, Higgsbosonet, i 2012, skapte det elleville tilstander i forskningskretser. Funnet ble belønnet med Nobelprisen i fysikk.

(Se video til venstre der Alex Read fra Universitetet i Oslo forklarer hva Higgsbosonet egentlig er)

Slik ser det ut i dypet

Aftenposten fikk være med inn og ned i dypet mens akseleratoren var stengt for vedlikehold. Heisen tok oss 90 meter under bakken, til en lang, buet korridor. Fysikere og mekanikere med blå hjelmer tråkket forbi på sykler. Slik kom de seg rundt i den 27 kilometer lange akseleratoren.

Sykler er det mest praktiske fremkomstmiddelet både for teknikere og forskere. Ingeborg Moe

Det er i denne ringen fysikerne får fart på partiklene. Tester ut teoriene sine. De forsøker å gjenskape forholdene under The big bang.Når det skjer, er det ulovlig å være her nede. Forskerne er ute etter smellene, når strålene med partikler kolliderer med hverandre. Punktet der strålene møtes, er knapt tykkere enn et hårstrå. Men dette punktet befinner seg inne i en kjempedetektor som overvåker kollisjonene. Detektoren Atlas, der mange av de norske forskerne jobber, er en enorm sylinder, 45 meter lang, 25 meter i diameter og 7000 tonn tung. Like tung som Eiffeltårnet.

Når hver laserstråle kan smelte 500 kilo kobber, gjelder det å starte forsiktig og øke styrken gradvis. Denne uken ruller CERN i gang de første testene. Rundt månedsskiftet mai/juni vil akseleratoren være klar for å gjennomføre kontrollerte forsøk.

Gåten mørk materie

Det største spørsmålet er hva som finnes der ute. Det mørke universet er en gåte som har forundret folk i over hundre år. Forskerne vet nemlig at stjernene, månene, kometene og planetene – alt det vi kjenner til, og som utgjør solsystemer og galakser, bare er 5 prosent av massen i universet.

Alt det andre skjuler seg i mørket.

Et foto fra Hubble-teleskopet viser det som skal være en ring av mørk materie, den ukjente substansen som antas å fylle opp mesteparten av universet. HO

Mørk materie kan man ikke se med lys. Dermed kan vi ikke se den direkte. Faktisk er mørk materie så hemmelighetsfull at forskerne ikke vet sikkert om den finnes i det hele tatt.

— Det vi «ser», kan også være et resultat av at vi ikke forstår gravitasjonskraften godt nok, bemerker førsteamanuensis Heidi Sandaker.

Men mye tyder på at universet er tungt lastet med denne supertette massen vi aldri vil få øye på.

I tillegg til mørk materie, tror forskerne universet er fylt opp av «mørk energi». Dette er ikke materie, men en slags ukjent energi som er overalt i universet. Denne energien er veldig viktig for å forstå hvordan universet utvider seg.

— Vi vet ikke så mye om det mørke universet. Vi vet bare at det meste i universet består av rare ting. Mørk energi og mørk materie. Det må finnes en løsning på hvorfor bare omtrent fem prosent av universet er «normal» materie som består av protoner og elektroner og så videre, sier professor Farid Ould-Saada. Han leder den norske innsatsen ved Atlas-eksperimentet.

Vi vet bare at det meste i universet består av rare ting. Professor Farid Ould-Saada.

Les også:

Les også

Hva veier «spøkelsespartiklene»?

Sandaker deltar i det internasjonale forskningsnettverket ved Atlas. Hun forklarer at det er flere fenomener i verdensrommet som gjør at forskerne «ser» noe i verdensrommet som ikke egentlig synes. Blant annet er det slik at lys bøyer av når det passerer noe med masse. Men noen ganger, når lyset bøyer, finner man ikke massen det bøyer av rundt.

— Enten er det da noe man ikke ser: Mørk materie. Ellers er det noe med gravitasjonskraften som er merkelig, sier Sandaker.

Finner man ikke ut hva mørk materie kan være for noe, må kloke hoder sette seg ned og klekke ut nye teorier for hvordan i all verden universet egentlig henger sammen.

Vil lage materien selv

Forskerne tester nå flere metoder for å påvise mørk materie. Noen forsøker å studere mørk materie rundt oss, blant annet med enorme teleskop som speider ut i verdensrommet. Men ved LHC-akseleratoren i Cern forsøker man en annen mulighet: Å produsere mørk materie selv, i et kontrollert eksperiment.

Les også:

Les også

Faller antimaterie oppover?

Utgangspunktet er en formel du har sett før: E = mc2.

afp000864322-tvrS113B2d.jpg FotolEdhar - Fotolia

Albert Einsteins lov sier at lyshastigheten (c) er konstant, da blir masse (m) og energi to sider av samme sak. Energi kan bli til masse og masse kan bli til energi, i de rette omstendighetene. Og på CERN er «de rette omstendighetene» når partikler kolliderer med hastigheter nær lysets (c). I slike kollisjoner kan energien omformes til masse, og man kan produsere nye massive partikler man ikke har kunnet se før. Og muligens er hastigheten og energien nå så høy i tunnelene under CERN at forskerne finner den mørke massen.

Klynger av protoner sendes i ring, gjennom en 27 kilometer lang tunnel. To stråler sendes hver sin vei. Farten øker gjennom tunnelen. Ved fire ulike punkter kolliderer de to strålene med hverandre.

Heidi Sandaker er en av forskerne som pendler mellom Norge og CERN. Ingeborg Moe

— Partiklene sendes i en veldig fart. Det er mye kinetisk energi. Denne energien kan omformes til nye, tunge partikler, forklarer Heidi Sandaker.Slik fungerer partikkelakseleratoren som en tidsmaskin. Jo høyere energi som går gjennom tunnelen, jo nærmere kommer man tilstanden rett etter universets opprinnelse.

— Bare å få se og å lære noe av kollisjonene utført ved hastigheter nær lysets hastighet, vil være et enormt gjennombrudd, bemerker Ould-Saada.

Gjemmer seg

Men det er en øvelse i mørkegjemsel, dette. For lykkes forskerne i å produsere tung materie, vil de ikke se den. Isteden må de som detektiver snuse opp sporene etter den indirekte: De må se hvor mye energi de startet med, og hvor mye energi de sitter igjen med til slutt.

— Da ser vi hva som mangler, sier Heidi Sandaker.

Mange svar kan komme i løpet av de neste seks til tolv månedene. Men det er også mulig forskerne finner tegn på noe helt nytt og uventet, og vil bruke år på å utforske funnene. LHC-programmet har foreløpig en tidshorisont frem til 2035, så de har litt tid på seg.

— Bare naturen vet når vi får den neste store oppdagelsen. Vi går mot upløyd mark. Alt er åpent. Men vi vet at dette vil bli et veldig spennende år, sier Dave Charlton, lederen for Atlas-prosjektet.

Professor Farid Ould-Saada sammenligner forventningene med å sitte på julekvelden og vente på presangene.

— Og det er jo ikke bare én presang. Det finnes mange presanger som det blir mulig å pakke opp nå, sier Ould-Saada, og nevner blant annet supersymmetri, mørk materie og nye fundamentale krefter.

— Hvis ekstra romdimensjoner eksisterer, bør det være mulig å finne gravitonet – partikkelen som er ansvarlig for tyngdekraften på mikroskopisk nivå, forteller professoren.

Vi diskuterer ting som pleide å være science fiction. Professor Farid Ould-Saada

Er det dimensjoner vi ikke kjenner til der ute? Supersymmetri? Rare gravitasjonsfenomener? Nytt utstyr gjør det mulig å nærme seg svarene på noen av partikkelfysikkens største spørsmål. NASA/Scanpix

Han synes noe av det beste som kan skje, er noe ingen har forestilt seg. For hva om noe helt ukjent viser seg i forsøkene? Et eventyr!— Å sitte i Cern nå, og forske på dette området i partikkelfysikk, er helt spesielt. Vi diskuterer ting som pleide å være science fiction.

  1. Les også

    Årets Abelprisvinnere: Hemmeligheten bak en softis som smelter

  2. Les også

    Tiden som ikke finnes

  3. Les også

    Jakter på nye ukjente partikler

Relevante artikler

  1. A-MAGASINET

    Partikkelfysikkens popstjerne svarer på de store spørsmålene

  2. A-MAGASINET

    - I Norge trenger vi mer satire og humor rettet mot religion

  3. A-MAGASINET

    En deilig påskeferie er over. Hva skal få deg opp av sengen i morgen?

  4. A-MAGASINET

    Abid Raja: - Det kunne gått begge veier med meg

  5. A-MAGASINET

    Sier du hei til fremmede på fjellet, er det helt normalt. Sier du det samme i byen, tror folk du er gal.

  6. A-MAGASINET

    Når man ikke får sove