På jakt etter mørk materie

Ny kunnskap i partikkelfysikken har ofte hatt utilsiktede, men helt avgjørende konsekvenser for det samfunnet vi lever i i dag. Ny innsikt på disse områdene har vært like spektakulær som uventet.

Publisert

Ny viten i morgen - eller om 100 år

Selve grunnforskningsbegrepet er under press og skal granskes nærmere. “Science in a new situation - the role of basic research” heter en internasjonal forskningskonferanse som arrangeres i Oslo 15. og 16. juni.

Det er Norges forskningsråd som arrangerer konferansen som vil ta for seg grunnforskningens rolle i fremtidens forskningssystem og koblingen til innovasjonspolitikken.

Konklusjoner fra konferansen vil bli oversendt Utdannings- og forskningsdepartementet som et innspill til Forskningsmeldingen.

 

Naturvitenskapelig forskning er drevet av nysgjerrighet og et ønske om å forstå grunnleggende fenomener, bestanddeler og krefter i naturen.

Moderne partikkelfysikk og astrofysikk er en logisk oppfølging av flere hundre års fysikkforskning. Motivasjonen er ofte nærmest naturfilosofisk, men innsikten man har vunnet underveis danner grunnlaget for mange av teknologiene som utgjør vårt moderne samfunn.

- Tidsrommet fra etablering av en teori til anvendelse er ofte svært lang - eller kanskje samfunnets fokus er blitt svært kort, sier Steinar Stapnes, professor i partikkelfysikk ved Universitetet i Oslo. Han er tilknyttet forskningssenteret CERN.

Mystisk masse og energi

- Først fokuserte naturvitenskapelige forskere på byggesteinene i Universet og kreftene mellom dem, og ikke minst himmellegemenes bevegelse og gravitasjon. Deretter beveget de seg over til forståelse av termodynamiske, elektriske og magnetiske fenomener.

- På 1900-tallet kom relativitetsteorien og kvantefysikken, og helt ny forståelse av atomer, kjernen i atomene og sterke og svake kjernekrefter. I dag har vi en veletablert teori for mikrokosmos med sine byggesteiner og vekselvirkninger, og vi har en modell for Universets utvikling der de samme vekselvirkningene er helt sentrale.

Underveis har det blitt utviklet viktig teknologi som var nødvendig for å komme videre i denne forskningen, som for eksempel mikroskoper, akseleratorer, sensorteknologi, lasere, dioder, transistorer og regnemaskiner - for å nevne noen nøkkelverktøy. Samarbeidet mellom fysikere og ingeniører, ved universiteter, laboratorier og i industri, har drevet teknologien fremover.

- I dag prøver vi å forstå de virkelig store, ukjente faktorene i universet. Vi gransker i hovedsak tre typer krefter; svake og sterke kjernekrefter, samt elektromagnetiske krefter. Gravitasjon er vanskelig å få inn i samme bilde, faktisk må vi til med ekstra romlige dimensjoner for å få en beskrivelse av gravitasjon som er konsistent. Hvorvidt disse dimensjonene finnes er neste naturlige spørsmål, sier Stapnes.

"Steinar Stapnes. (Foto: Elisabeth Salvesen)"
"Steinar Stapnes. (Foto: Elisabeth Salvesen)"

Det finnes også en dominerende mørk energi i Universet vi ikke forstår - eller kanskje mistolker, og her er nye observasjoner av Universet vårt viktigste laboratorium utenom akseleratorene. Hva er mekanismen som ligger til grunn for at partiklene har masse? Hvorfor er massene til partiklene så forskjellige? Hvorfor finnes det mye materie, men praktisk talt ikke antimaterie i Universet?

Verdens mest avanserte instrument

For tiden bygges et nytt stort akseleratoranlegg ved CERN - Large Hadron Collider (LHC) - som skal stå ferdig i 2007. Der sendes to stråler av protoner i hver sin retning i stor hastighet. Forskerne studerer hva som skjer når de kolliderer, og de studerer energien som frigjøres. Nøkkelordene er energitetthet og intensitet.

Dette blir verdens største og mest komplekse vitenskapelige grunnforskningsinstrument. Motivasjonen for målingene er nettopp spørsmålene nevnt ovenfor. Noen er innen rekkevidde forholdvis hurtig, mens andre nok vil ta 20 år eller betydelig mer å finne ut av. Også andre instrumenter enn LHC skal gi viktige bidrag.

Teknologiutvikling

Den typen forskning som drives ved CERN er som man skjønner sterkt teknologidrivende. Eminent maskinevare- og programvareteknologi utvikles. Fysikere og ingeniører fra hele verden prøver å få mest mulig ut av ressursene.

"Når akseleratoranlegget Large Hadron Collider (LHC) ved forskningssenteret CERN i Sveits står ferdig i 2007, vil det bli verdens største og mest komplekse vitenskapelige grunnforskningsinstrument. Bildet viser CMS-detektoren (Compact Muon Solenoid) under bygging. Hullet over mannens hode vil omringe deler av LHC. (Foto: SPL/GV-PRESS)"
"Når akseleratoranlegget Large Hadron Collider (LHC) ved forskningssenteret CERN i Sveits står ferdig i 2007, vil det bli verdens største og mest komplekse vitenskapelige grunnforskningsinstrument. Bildet viser CMS-detektoren (Compact Muon Solenoid) under bygging. Hullet over mannens hode vil omringe deler av LHC. (Foto: SPL/GV-PRESS)"

Stapnes er for tiden involvert i bygging av apparatur for LHC sammen med fysikere, ingeniører og representanter fra industrien. Flere norske miljøer som blant annet SINTEF, SB Verksted, IDEAS, Interon og AME deltar ved CERN nå eller har vært inne i bildet.

Det kan lages lange lister over anvendelser av teknologier som er utviklet eller videreutviklet ved CERN for å få etablert moderne akseleratoranlegg og eksperimenter. De dekker fra medisinsk diagnose og behandling til overflatebehandling, kjøleteknologi og superledning. Et typisk eksempel er PET-utstyret (positron-emisjon-tomografi) til bruk i medisinsk bildediagnostikk.

World Wide Web

Det aller mest kjente eksemplet er likevel «The World Wide Web»-konseptet som Tim Berners-Lee utviklet ved CERN på slutten av 1980 tallet. Den gangen var det en sentral utfordring å håndtere store mengder distribuert informasjon mellom mange forskningsmiljøer og ulike datamaskiner. Berners-Lee så muligheten til å lage et internettsystem for å hente og sende datamengdene. Litt senere ble det som kjent svært kommersielt interessant også.