Mørk materie er akkurat det namnet seier: Eit stoff vi ikkje kan sjå eller merke, men som likevel er der. Spørsmålet viser kor tett partikkelfysikken heng saman med astronomi og astrofysikk.

Anna Lipniacka er førsteamanuensis ved Institutt for fysikk og teknologi, Universitetet i Bergen. No er ho mest oppteken av å førebu ATLAS-eksperimentet ved CERN. Det er komplisert. Korleis går ein fram for å observere noko usynleg?

Meir masse enn vi ser

- Når ein måler rotasjonshastigheten til ein galakse, viser det seg at han er større enn ein skulle tru utifrå massen til den synlege materien i galaksen, forklarer ho.

Med ein slik rotasjonshastighet skulle alle observerte galaksar eigentleg gå i oppløysing, og materien bli slynga ut i verdsrommet. Når det ikkje skjer, må det vere fordi gravitasjonen frå store mengder usynleg materie held dei i hop.

- Synleg materie utgjer faktisk berre fire prosent av all materien i universet. 23 prosent er mørk materie. Og dei resterande 73 prosenta er såkalla mørk energi, som er enno meir obskurt, men som vi trur er ansvarleg for at universet utvidar seg med aukande fart, seier Lipniacka.

Så kva er den mørke materien? Vi kan ikkje sjå den, den gjev ingen friksjon, kastar ikkje skugge, vekselverkar ikkje med lys eller med synleg materie. Ingen har så langt observert han.

Ulike løysingar har vore lansert, som at den ekstra massen i universet kan vere store, svarte hol. Men i så fall ville vi ha sett at lys frå fjerne stjerner vart avbøygd av tyngdekrafta frå desse svarte hola, og ein har ikkje funne mange nok slike fenomen til at det kan forklare all den usynlege massen.

Tilbake til det store smellet

- Vi veit at mørk materie må bestå av tunge partiklar som nesten ikkje reagerer med noko. Elles ville vi allereie ha observert dei eksperimentelt. Poenget med partikkelakseleratorar er at dersom vi greier å reprodusere den energien som fanst rett etter det store smellet, så bør vi få produsert dei partiklane som fanst den gongen, fortel Lipniacka.

Men om ingen veit kva mørk materie er, og det ikkje set spor etter seg nokon stad, korleis skal ein då klare å påvise det med ATLAS?

Den nye CERN-akseleratoren vil oppnå høgare energiar enn i noko tidlegare eksperiment. I ATLAS-detektoren vil høgenergetiske protonstrålar kollidere med kvarandre, og rørsla og energien til dei partiklane som blir produserte i kollisjonen, vil bli målt. Utifrå desse opplysingane kan ein kjenne att ulike partiklar.

Ser etter manglande energi

- Du veit kor mykje energi protona har før kollisjonen. Etter kollisjonen skal du ha like mykje. I ATLAS-detektoren skal ingen partiklar sleppe unna utan å bli målt, seier professor Egil Lillestøl.

- Mørk materie vil ikkje sette direkte spor i detektoren. Men dersom du etter kollisjonen finn at noko energi har forsvunne i ei bestemt retning, kan du rekne ut massen til det objektet som manglar.

- Dersom det nesten ikkje har masse, er det sannsynlegvis eit nøytrino, og det er trivielt. Er det ein tung partikkel, må det vere mørk materie. Men det krev som sagt at detektoren er hundre prosent effektiv. Å konstruere ein slik detektor er ein vitskap i seg sjølv, seier han.

Partikkelfysikarar vonar at dersom ein finn ut kva den mørke materien er, vil vi kunne gå utover Standardmodellen i fysikken, og dermed kome nærare ein teori som sameinar alle kreftene i naturen.