Materielle spørsmål

Hvorfor vant materien over antimaterien, slik at stjerner, planeter og mennesker kunne oppstå? Partikkelakseleratoren LHC er satt på saken.

Man skulle kanskje tro at ordet antimaterie stammer fra en middels science fiction-fortelling.

Men fenomenet er helt reelt, og kan gjenskapes i laboratorier med høy nok energi og temperatur.

"LHCb er en av fire store detektorer som er koblet til verdens kraftigste partikkelakselerator, LHC.Detekteren veier 4500 tonn, og kan kanskje gi oss noe av forklaringen på hvorfor det finnes materie i universet.(Foto: CERN)"
"LHCb er en av fire store detektorer som er koblet til verdens kraftigste partikkelakselerator, LHC.Detekteren veier 4500 tonn, og kan kanskje gi oss noe av forklaringen på hvorfor det finnes materie i universet.(Foto: CERN)"

Verdens største partikkelakselerator, Large Hadron Collider (LHC) i Sveits, er nettopp et slik laboratorium.

Vant mot antimaterien

Etter en svært vellykket oppstart den 10. september, stiger forventningene til hva LHC, og de fire enorme detektorene som er koblet til akseleratoren, kan finne av ny viten.

En av gåtene forskerne ved CERN (den europeiske organisasjonen for kjerneforskning) håper å knekke, er hvorfor universet har materie.

I de første øyeblikkene etter Big Bang, så det nemlig ikke lyst ut for at stjerner, planeter, mennesker og dyr i det hele tatt kunne eksistere.

Motsatt fortegn

Men først litt mer om hva denne mystiske antimaterien egentlig er.
Den er beskrevet som et motstykke, eller et slags speilbilde, til materie.

I følge den anerkjente standardmodellen (en anerkjent teori som forsøker å forklare de grunnleggende kreftene i universet) er nemlig materiepartikler også utstyrt med antipartikler.

En antipartikkel vil for eksempel ha lik elektrisk ladning som materiepartikkelen, men med motsatt fortegn.

Utsletter hverandre

Når materiepartikler og antipartikler møter hverandre, oppstår den dramatiske effekten at de utsletter hverandre.

Til gjengjeld etterlater partiklene seg energi.

En slik gjensidig utsletting og utløsing av energi er det forskerne mener fant sted under Big Bang, altså ved universets begynnelse, for omlag 13.7 milliarder år siden.

"- Rett etter Big Bang må det ha vært et symmetrisk forhold mellom materie og antimaterie. Men hvor ble av antimaterien? Hvorfor vant materien? spør forskern Olav Ullaland, som har vært ved CERN siden 1973. (Foto: Espen Eggen)"
"- Rett etter Big Bang må det ha vært et symmetrisk forhold mellom materie og antimaterie. Men hvor ble av antimaterien? Hvorfor vant materien? spør forskern Olav Ullaland, som har vært ved CERN siden 1973. (Foto: Espen Eggen)"

Ursuppe

Forskerne ved CERN mener at det fantes en fullstendig symmetri mellom materie og antimaterie de første ørsmå øyeblikkene etter Big Bang.

Universet besto da av en såkalt ursuppe, med ufattelig høy temperatur og tetthet.

Hvis den likeverdige tilstanden mellom materiepartikler og antipartikler hadde vedvart, ville det vært dårlig nytt for mennesker, vekster og dyr.

Med nøyaktig like mange materiepartikler som antipartikler, ville nemlig verken stjerner, planeter, mennesker eller dyr ha blitt formet.

Forsvant fortere enn materien

- Men omtrent en hundredel av en milliarddels sekund etter Big Bang, begynte det å skje ting, forklarer den norske fysikeren Olav Ullaland.

Han er nå forsker ved LHCb, en av de fire enorme detektorene som er koblet til den partikkelakseleratoren utenfor Geneve i Sveits.

- Antipartiklene begynte å forsvinne i et litt høyere tempo enn materiepartiklene. Materien fikk et lite overtak over antimaterien, sier Ullaland, når vi treffer ham ved CERN utenfor Geneve.

Nøyaktig hvorfor og hvordan dette skjedde er imidlertid fortsatt et mysterium. Men nå har LHC og LHCb-detektoren fått i oppgave å finne svaret.

Andrej Sakharov

Grunnlaget for mye av den vitenskapelige forståelsen av materie, antimaterie og symmetri ble lagt av den kjente, russiske fysikeren Andrej Sakharov.

I 1966 lanserte han teorien om at det må ha oppstått et brudd i den perfekte symmetrien mellom materie og antimaterie. Sakharov mente dette var en tre hovedforutsetninger for at masse eksisterer i universet.

Sakharov mente at det positive avviket for materiepartiklene var omtrent én av tusen, et tall som siden har blitt oppjustert.

Bruddet i symmetrien kan tenkes som et speil, som ikke klarer å gi et helt identisk bilde av det som speiler seg. 



Enormt digitalkamera

Large Hadron Collider er hele sju ganger kraftigere enn noen annen partikkelakselerator som er bygget.

"Illustrasjon av en partikkelskur som spres gjennom de forskjellige nivåene til LHCb-detektoren. (Illustrasjon: CERN)"
"Illustrasjon av en partikkelskur som spres gjennom de forskjellige nivåene til LHCb-detektoren. (Illustrasjon: CERN)"

Energinivåene som kan oppnås er så kraftige at akseleratoren kanskje vil klare å kaste nytt lys over noen av teoriene om mateire og antimaterie.

Selve akseleratorens oppgave er å kollidere protonpartikler mot hverandre i nesten lystes hastighet, mens detektoren står klar med utløserknappen.

- Detektoren kan sammenlignes med et digitalkamera. Vi skal rett og slett ta bilder av hvordan materiepartiklene og antipartiklene oppfører seg under kollisjonen, forklarer Ullaland til forskning.no.

LHCb er imidlertid ikke et kamera man stikker i lommen. Detektoren er over 20 meter lang, og veier 4500 tonn.

Sterke magneter

Ved full drift vil selve partikkelakseleratoren produsere intet mindre enn tusen milliarder partikkelkollisjoner årlig ved LHCb-detektoren.

Når protonene krasjer inn i hverandre, vil de spaltes opp i enda mindre partikler. Disse partiklene vil ha elektrisk ladning, noe forskerne har utnyttet ved å montere svært kraftige magneter rundt detektoren.

- Magnetene vil påvirke banen til de ladede partiklene. Måten banen bøyes av på, vil røpe partiklenes energinivåer, forklarer Ullaland.

- Fant ikke flyet

Dermed vil man kunne få helt ny innsikt i hvordan materie og antimaterie reagerer i forhold til hverandre, og kanskje forstå hvorfor materien fikk et overtak.

- Man kan tenke seg LHC som en tidsmaskin. Ved å gjenskape forholdene like etter Big Bang, kan vi studere hvordan materiepartiklene og antipartiklene oppførte seg for nesten 14 milliarder år siden. Det er ganske fantasisk, sier Ullaland entusiastisk.

Selv kom han til CERN allerede i 1973, som nyklekket cand. real. fra Universitetet i Bergen allerede i 1973. Siden ble han værende ved den ledende forskningsinstitusjonen, midt i hjertet av Europa.

- Jeg fant visst ikke flyet hjem igjen, sier han og ler.

Nå håper den norske forskeren i stedet å finne ut hvorfor alle ting eksisterer.

Kilder:

Intervju med Olav Ullaland 10. september 2008, samt informasjonsskriv “The Large Hadron Collider Beaty Experiment” (CERN). 

Lenke:

Besøk hjemmesiden til LHCb-detektoren

Besøk hjemmesiden til Large Hadron Collider

 

 

 

Powered by Labrador CMS