Supersymmetrien spår at det finnes mange ukjente, tunge partikler. Men hvor er de?
Supersymmetrien spår at det finnes mange ukjente, tunge partikler. Men hvor er de?

Er teorien om supersymmetri død?

Forskerne var nesten sikre på at teorien om supersymmetri skulle redde partikkelfysikken. Men nå spøker det for teorien. Og hvis supersymmetrien faller, hvor skal vi da?

Av og til kan det virke som om forskerne har svaret på det meste om universets bestanddeler.

Fysikerne finner kvarker inni protoner inni atomer. Teoretikere spår eksistensen av usynlige kraftfelt, som eksperimentelle fysikere beviser ved hjelp av de enorme maskinene sine.

Over de siste 50 årene har tusenvis av fysikere utviklet og bekreftet Standardmodellen – en bunnsolid teori om hvordan alt henger sammen.

Men nå er det trøbbel i sikte.

Det er noe som ikke stemmer.

95 prosent av universet, for å være sånn noenlunde nøyaktig.

Mørk materie og mørk energi

I løpet av de siste tiårene har det kommet utallige observasjoner som viser at verdensrommet trolig inneholder enorme mengder av mørk materie – et mystisk stoff som vi verken kan se eller føle.

For ikke å snakke om den mørke energien. Ett eller annet ser ut til å trekke alt i universet fra hverandre. Men vi aner ikke hva. Til sammen utgjør mørk energi og mørk materie mesteparten av det som finnes i universet.

På den annen side mangler det gigantiske kvanta av andre ting.

Ifølge beregningene burde verdensrommet nemlig være fullt av antimaterie, en slags motsats til synlig stoffet. Men hvor mye forskerne enn leter, finner de ingenting. Antimaterien er søkk borte.

Mørk materie er, som navnet tilsier, ikke synlig. Men stoffet har tyngde, og det er mulig å måle mørk materie ved å se hvordan tyngdekraften fra stoffet påvirker synlig stoff. Her er den mørke materien rundt ulike galaksehoper vist i blått.
Mørk materie er, som navnet tilsier, ikke synlig. Men stoffet har tyngde, og det er mulig å måle mørk materie ved å se hvordan tyngdekraften fra stoffet påvirker synlig stoff. Her er den mørke materien rundt ulike galaksehoper vist i blått.

Må være noe mer

Så hva oppgir Standardmodellen som forklaring på denne skrikende mangelen på samsvar mellom teori og virkelighet?

Null og niks.

Og det er mer. Standardmodellen oppklarer heller ikke hvorfor massen til den berømte higgspartikkelen er 1.000.000.000.000.000 ganger mindre enn den skulle, ut fra beregningene.

I de siste årene er det dessuten kommet andre målinger som har vist at modellen ikke stemmer helt med virkeligheten.

Fysikerne er ikke i tvil:

Det må være noe mer. Noe ut over partiklene og kreftene i dagens Standardmodell, som kan gi en forklaring på alle disse mysteriene.

Det er her supersymmetri – aka SUSY – kommer inn.

Mange flere partikler

Ideen om supersymmetri ble utviklet på 1970-tallet. Den er selvfølgelig vanskelig å fatte for folk uten doktorgrad i fysikk. Men superenkelt forklart sier hypotesen at universet har en svært komplisert symmetri ved seg.

Dette har igjen en rekke dyptgripende konsekvenser.

En av dem er at det skal finnes et sett med partikler til. Kort sagt har alle partiklene vi kjenner en hittil ukjent og tyngre partner.

(Professor Alex Read ved Universitetet i Oslo.
(Professor Alex Read ved Universitetet i Oslo.

Og disse nye partiklene kan igjen gi mulige forklaringer på både mørk materie og den mystisk lave massen til Higgspartikkelen.

Stor forventning

Forståelig nok vakte ideen om SUSY begeistring blant fysikere.

Alex Read husker godt stemningen på 1980-tallet, da han selv var doktorgradsstudent.

– Det kom en forsker og holdt foredrag om SUSY. Han oppfordret oss til å lete etter tegn til SUSY-partikler i de nyeste dataene våre.

For kanskje fantes det allerede beviser for supersymmetri, skjult i dataene?

– Det var en forventning om at bevisene var rett rundt hjørnet, forteller Read, som i dag er professor i høyenergifysikk ved Universitetet i Oslo.

Dataene han snakker om kommer fra partikkelakseleratorer – kjempestore maskiner som krasjer sammen ørsmå partikler i nær lysets hastighet. På denne måten går det an å lage nye partikler.

Og jo mer energi partiklene har når de krasjer, jo tyngre partikler kan du lage.

Da verdens største og kraftigste partikkelakselerator – LHC ved CERN – startet opp i 2008, var mange overbevist om at den skulle ha nok energi til å lage de første SUSY-partiklene.

Så, hva dukket opp?

Den kjedelige higgspartikkelen

Ingenting.

I resultatene fra krasjene var det bare spor etter partiklene vi allerede kjenner.

Ingenting nytt materialiserte seg før i 2012, da forskerne fant den nå berømte higgspartikkelen. Men det var alt. Dataene viste ikke så mye som skyggen av en SUSY-partikkel.

– Vi trodde vi ville se SUSY-partikler med en gang vi startet LHC, men at det ville ta lengre tid å finne higgspartikkelen, minnes Steinar Stapnes, professor i høyenergifysikk fra Universitetet i Oslo.

– Men nå sitter vi altså her med higgspartikkelen i boks kjappere enn forventet, men ingen tegn til SUSY.

Dette er en framstilling av den første Higgspartikkelen som ble funnet i Atlas-detekrtoren i LHC ved CERN. To partikler krasjer sammen i nesten lysets hastighet i midten av bildet. Dette skaper en skur av partikler som spruter ut fra kollisjonspunktet. De fargede strekene og flekkene illustrerer ulike partikler. Til sammen danner de et mønster som viser at det ble skapt en Higgspartikkel i kollisjonen.
Dette er en framstilling av den første Higgspartikkelen som ble funnet i Atlas-detekrtoren i LHC ved CERN. To partikler krasjer sammen i nesten lysets hastighet i midten av bildet. Dette skaper en skur av partikler som spruter ut fra kollisjonspunktet. De fargede strekene og flekkene illustrerer ulike partikler. Til sammen danner de et mønster som viser at det ble skapt en Higgspartikkel i kollisjonen.

Funnet av higgspartikkelen var fantastisk. Den viste at det eksisterer en helt ny type materiale og bekreftet en sprø teori om at universet er fylt med et helt ukjent felt.

Likevel har higgspartikkelen kanskje ikke innfridd alle forventningene.

Den er nemlig litt kjedelig.

Higgspartikkelen samhandler med mange av de andre partiklene. I teorien også med SUSY-partiklene. Kanskje ville slike samhandlinger med SUSY-partikler gi higgspartikkelen noen rare og karakteristiske egenskaper?

Men higgspartikkelen har vist seg å være nedslående normal. Den oppfører seg nøyaktig som forventet ut fra den gamle Standardmodellen. Null hint om samhandlinger med nye partikler.

Er den kjedelige higgspartikkelen dødsstøtet for ideen om supersymmetri?

– Higgspartikkelen styrker SUSY

– Nei, tvert imot!

Professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.
Professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.

Are Raklev, SUSY-ekspert og professor ved Universitetet i Oslo, ser saken fra en helt annen kant.

– Funnet av Higgspartikkelen har styrket troa på supersymmetri, sier han.

Raklev forklarer at supersymmetrien nettopp forutsier at det skal finnes en higgspartikkel med masse mellom 104 og 135 gigaelektronvolt.

– Og så viste det seg altså at higgspartikkelen virkelig befant seg i det intervallet. Den har en masse på 125 gigaelektronvolt.

Raklev argumenterer for at massen til higgspartikkelen faktisk også gir en forklaring på hvorfor vi ennå ikke har funnet noen SUSY-partikler.

Akkurat denne massen, i den høyere enden av intervallet mellom 104 og 135 gigaelektronvolt, forteller oss at SUSY-partiklene trolig er temmelig massive. Det er altså sannsynlig at vi ikke har funnet dem, fordi vi ennå ikke har lett med høy nok energi.

– La meg komme med en vill prediksjon: Hva om vi finner en higgspartikkel til – på 96 gigaelektronvolt? Ifølge SUSY skal det være minst fem stykker, sier Raklev.

– Vi har leita der før, men kanskje er den spesielt vanskelig å finne.

Spøker for SUSY

Alex Read, på sin side, er ikke like optimistisk, selv om han også bemerker at higgsmassen befinner seg i det riktige intervallet.

– Men hypotesen om supersymmetri forutsier jo en hel haug andre ting, som vi ikke sett noen tegn til. Det er fortsatt litt rom som det er mulig å finne SUSY i, men det blir mindre for hvert år, sier han.

Steinar Stapnes, professor i høyenergifysikk fra UiO, tenker også at det spøker for supersymmetrien.

– Ja, man blir jo litt skeptisk når man ikke ser noe i så mange detaljerte målinger, sier han.

– Jeg tror ikke vi kan avskrive supersymmetrien ennå, men den er mindre sannsynlig.

En annen sak er at SUSY kanskje ikke blir like mye verdt, om det drøyer med å finne den.

– Hvis SUSY-partikler finnes, må de ligge på høyere energier eller være skjult i dataene. Og hvis de ligger på veldig høye energier, gjør de ikke samme jobben med å stabilisere Standardmodellen, sier Stapnes.

– En av grunnene til at supersymmetrien er så populær, er at den kan forklare hvorfor Higgspartikkelen er så lett og samtidig stabilisere Standardmodellen. Men hvis SUSY-partiklene er veldig tunge, skjer ikke dette på samme naturlige måte.

Professoren legger likevel til at det er mulig at lettere SUSY-partikler blir laget på LHC, men skjules i støyen av Standardmodell-prosesser som er mye mer tallrike.

Det kan ennå være mulig å finne SUSY-partikler i detektorene ved CERN. Men sjansenen blir stadig mindre.
Det kan ennå være mulig å finne SUSY-partikler i detektorene ved CERN. Men sjansenen blir stadig mindre.

– Ingen katastrofe

Det brer seg en viss engstelse blant partikkelfysikerne.

For hva skjer om SUSY ikke finnes?

– Hvis ikke supersymmetri er det neste skrittet – hva er det da? Vi vet ikke! Supersymmetri har vært veikartet vårt, sier Read.

Mange fysikere, som Raklev ved UiO, har brukt hele karrieren sin på SUSY.

Raklev tar det likevel med ro.

– Dersom SUSY skulle falle, er det ikke noen katastrofe, verken for fysikken eller meg, sier han.

Professoren mister neppe jobben, siden han trolig er pensjonert før neste generasjons partikkelakseleratorer eventuelt rekker å slå siste spiker i SUSYs kiste.

Dessuten mener Raklev det finnes andre tråder å nøste i, i jakten på løsninger på universets mysterier.

Hvis vi legger til noen ekstra dimensjoner i universet, skal det for eksempel gå an å forklare hvorfor higgspartikkelen er så lett, sier han.

Men foreløpig er han langt fra klar til å slippe ideen om supersymmetri.

Selv ikke Read ved UiO ser helsvart på saken.

– Kanskje er vi bare litt utålmodige, sier han.

– Man skal huske på at vi jobbet i nesten 40 år for å finne higgspartikkelen. Om vi holder ut, finner vi kanskje SUSY også.

Vi vil gjerne høre fra deg!

TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om noe vi bør skrive om?

Powered by Labrador CMS