Universet kan være supersymmetrisk

Fysikerne leter etter en hel sverm av ukjente partikler som kan bekrefte at universet er supersymmetrisk. Det kunne nemlig gitt en forklaring på flere av verdens uløste gåter.  

4.6 2014 05:00


Higgspartikkelen spiller en helt sentral rolle i universet, fordi den indirekte er ansvarlig for at elementærpartiklene får masse.

Da den berømte Higgspartikkelen endelig materialiserte seg i 2012, føltes det som om den siste store brikken i puslespillet smatt på plass: Alle partiklene i modellen vår over verdensrommet, hadde dukket opp.

Med andre ord – vi hadde funnet alle legoklossene som forskerne mener vi trenger for å lage den kjente delen av universet vårt, med krefter og stoffer og hele sulamitten.

Men så kan det altså hende at det er mer. Mye mer.

Mange fysikere mener nemlig at vi bare har funnet det ene av to sett med slike fundamentale partikler.

Når partikkelakseleratoren LHC i CERN fyres opp igjen i slutten av 2014, er det håp om å skimte det andre.

Denne kjempemaskinen skal i teorien kunne lage slike nye partikler. Og det kan igjen bekrefte noen fysikeres mistanke om at universet er supersymmetrisk.

Men hva betyr det?

Mange symmetrier

- Det enkleste eksemplet på symmetri, er ei kule, forklarer professor Are Raklev ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo. Han begynner på bånn.


Kula har rotasjonssymmetri - uansett hvordan du snur på den, ser den likedan ut som da du startet.

- Kula er lik, uansett hvordan du snur den.

Kula er rotasjonssymmetrisk: Du kan snu på den og få den samme figuren på nytt. Men kulesymmetrien er bare ett eksempel på symmetrier i naturen.

Et annet er terningsymmetri. En terning ser jo ikke lik ut uansett hvordan du snur den, men dersom du vrir den nøyaktig 90 grader, får du samme bilde som da du startet. Den har altså også rotasjonssymmetri.

- Fysikerne sier – litt lite intuitivt – at terningsymmetrien er større enn symmetrien til kula. Fordi det kreves mer matematikk for å beskrive den.

Men det finnes mange flere og mye større symmetrier enn rotasjonssymmetrien til terningen, forteller Raklev.

Einsteins symmetri

Det er for eksempel knyttet en svært stor symmetri til Einsteins spesielle relativitetsteori og lyshastigheten: Fysikken skal være lik, uansett hvor den skjer og i hvilken hastighet.


Are Raklev er professor ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Og denne symmetrien kan utvides så den blir enda større, forteller Raklev:

- Tenk deg at du ser på noe du tror er en kule, som ser ut til å ha en enkel symmetri. Så legger du merke til at overflaten egentlig er masse bittesmå flater som danner noe som nesten er en kule, men med en mye mer komplisert symmetri.

- På samme måte prøver vi å se om Einsteins spesielle relativitetsteori egentlig har en større og mer komplisert symmetri bak seg.

- Og den største mulige utvidelse av en slik symmetri, kalles supersymmetri.

Mange flere partikler

Ok. Universet vårt kan altså være supersymmetrisk. Men hva så?

- Det liker noen fysikere veldig godt, sier Raklev.

Hvis universet vårt er supersymmetrisk, har det nemlig noen helt bestemte egenskaper som kan gi en forklaring på noen av fysikkens uløste gåter.

Det tilbyr en løsning på hvorfor massen av Higgspartikkelen er så liten – fnugget burde ifølge beregningene veie en million milliarder ganger mer enn det gjør. Dessuten kan supersymmetri forene flere av de fundamentale kreftene i universet.

Men det aller morsomste er kanskje det ovennevnte ekstra settet med partikler.

Mørk materie

Dersom universet er supersymmetrisk, burde nemlig alle de kjente partiklene ha en skyggepartner, en assosiert, mye tyngre partikkel. Da universet var ungt og fullt av energi, ble det skapt like mye skyggepartikler som vanlige partikler.

Og den letteste av disse partiklene kan passe perfekt inn i signalementet til en meget ettersøkt størrelse i dagens verdensrom:

Mørk materie.

Mørk materie er et materiale som ingen verken har sett eller observert direkte. Likevel er det gode argumenter for å tro at det må være her – rundt oss på alle kanter. Ellers henger verden nemlig ikke sammen.

Snurrer for fort

Målinger har vist at galaksene i verdensrommet ikke inneholder nok stoff til å holde formen.


På dette Hubble-bildet av galaksehopen MACS J0717 i stjernebildet Auriga (Kusken) er den mørke materien tegnet med blå glød.

Forskerne har målt massen av stjerner, planeter og alt det andre synlige stoffet i galaksene. Det er tyngdekrafta som virker mellom alt dette stoffet som holder galaksen sammen.

Men galaksene snurrer også rundt, som karuseller.

Dermed blir stjernene og det andre stoffet slengt utover. Og når forskerne sammenligner massen i galaksene med farta de snurrer, går ikke regnestykket opp. Det er ikke nok masse til å holde galaksene samlet, og de ytterste stjernene burde bli kastet utover i rommet.

Men det gjør de jo ikke. Derfor tror forskerne at galaksene kan være fylt av et usynlig stoff som bare har én merkbar egenskap: Tyngde. Denne mørke materien sørger for at galaksene får nok masse til å henge sammen.

Bare én supersymmetri-partikkel igjen

Målinger i verdensrommet hinter om at denne mystiske materien faktisk finnes rundt oss. Men hva er den lagd av?

Det må være snakk om en ukjent partikkel. Og det er altså her de ekstra partiklene i supersymmetrien kommer inn.

- Den letteste supersymmetri-partikkelen er nemlig en god kandidat til mørk materie, sier Raklev.

Denne partikkelen vil dessuten være den eneste supersymmetri-partikkelen som er igjen i universet.

- Slike tunge supersymmetri-partikler vil være ustabile, forklarer Raklev.

Når energien i verdensrommet synker med tida, vil slike partikler henfalle – de vil gå i stykker og bli til lettere partikler. Til slutt vil alle sammen ha blitt til den letteste typen, altså partikkelen vi mistenker kan være mørk materie.

Men alt dette er jo egentlig bare hypoteser og spekulasjoner. For foreløpig har det ikke lykkes forskerne å finne en eneste av supersymmetri-partiklene. Selv ikke i gigantmaskinen hvor det faktisk er mulig å finne slikt: Partikkelakseleratoren LHC ved CERN.

Ingen partikler dukket opp

I LHC går det an å lage partikler av enorme mengder energi. Forskerne har skapt alle de kjente partiklene i universet her – nå sist, altså den berømmelige Higgspartikkelen. Men ingen av forsøkene har så langt kommet opp med noen supersymmetri-partikler.


I 2012 ble Higgs-partikkelens eksistens bekreftet i et eksperiment i partikkelakseleratoren ved CERN-laboratoriet utenfor Genève.

- Vi burde egentlig ha funnet noen allerede, sier Raklev.

Men selv med LHC på maks guffe, har ingenting nytt dukket opp. Det kan bety at supersymmetri-partiklene er tyngre enn ventet. Eller at de ikke finnes.

- Det begynner å bli litt ukomfortabelt for forskerne nå, sier professoren, som selv jobber nettopp med supersymmetri.

- Det blir spennende å se hva som skjer når LHC starter igjen.

Kan aldri motbevises

Den enorme akseleratoren er for øyeblikket nede for overhaling og oppgradering. Når den starter igjen i slutten av 2014, kan den kjøre med enda større energier.

Kanskje finner de noe da. Eller kanskje ikke. Problemet er at det ikke nødvendigvis er mulig å oppdage de supersymmetriske partiklene, selv om de skulle finnes.

- Dersom de er veldig tunge, vil vi ikke greie å lage dem, sier Raklev.

- Det var enklere da man lette etter Higgspartikkelen. Der var det nemlig en øvre grense for hvor tung partikkelen kunne være. Fant vi den ikke før det, kunne vi konkludere med at den ikke eksisterer.

Men det er ingen lignende grense for de nye partiklene. Dermed kan vi heller aldri motbevise dem – de kan alltid være tyngre. Men dersom ingenting dukker opp ved LHC i de neste åra vil nok interessen etter hvert dabbe av.

- Noen vil nok alltid fortsette å lete etter supersymmetri-partiklene. Men det blir antagelig færre fysikere som jobber med det da, spår Raklev, og spøker:

- Da blir jeg nok nødt til å se meg om etter en annen jobb.

Annonse

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Emneord

Annonse

Annonse