Hoppa till huvudinnehåll

Vetenskap

Förnyad partikelkrossare varvar upp för nya upptäckter

Från 2017
Uppdaterad 12.04.2017 18:45.
Detektorn CMS i Large Hadron Collider.
Bildtext CMS-detektorn väger lika mycket som en skyskrapa.
Bild: CERN

Det är inte bara björnarna som vaknar upp från sitt vinteride, också världens största maskin på hela 27 kilometer i omkrets, partikelkrossaren LHC utanför Geneve, har än en gång sakta börjat gå upp i varv efter sin vinterdvala.

LHC (Large Hadron Collider) är en enorm, ringformad partikelaccelerator djupt under marken i gränslandet mellan Schweiz och Frankrike, där man kolliderar och slår sönder protoner, de små, positivt laddade partiklarna som tillsammans med neutronerna utgör kärnorna i atomerna som du och jag och allting består av.

LHC har under vinterns lopp genomgått en serie uppgraderingar som gör den ännu känsligare när det kommer till att avslöja materians och kvantvärldens mysterier.

Klockor som frontalkrockar

Någon har jämfört partikelkollisionerna som sker i LHC med att slå ihop schweiziska klockor med en våldsam kraft för att ta reda på vad de består av.

Eller jämför dem med Formel 1-bilar om du vill, två olika klungor av partikelstora Formel 1-bilar som rör sig i motsatt riktning med en fart som närmar sig ljusets hastighet, och till slut låter man dem frontalkrocka med varann.

Vem som helst kan föreställa sig den mängd bråte som uppstår om två Formel 1-bilar frontalkolliderar i full fart, eller om man smäller ihop två klockor, då flyger ju kugghjulen åt alla håll.

Exakt samma, fast i mycket mindre skala, händer när man smäller samman de små protonerna. Men det är inte kugghjul och däck som flyger omkring, utan de ännu mindre elementarpartiklar som protonerna består av. Och allt det kringflygande skrotet försöker man sedan fånga upp med hjälp av de fyra stora detektorerna som finns placerade längs med den 27 kilometer långa ringen.

Large Hadron Collider utanför Genève.
Bildtext Large Hadron Collider är så stor att den ligger i två länder samtidigt, Frankrike och Schweiz.
Bild: CERN

Jättelika digitalkameror

Detektorerna som med jämna mellanrum omsluter acceleratorns ring är som digitalkamerans sensor, fast där som kamerasensorn fångar upp ljuspartiklar (fotoner), fångar sensorerna (=detektorerna) på LHC upp skuren av alla andra sorters elementarpartiklar, inklusive kvarkar och gluoner, som protonernas frontalkrock ger upphov till.

Det var med hjälp av LHC som man hittade Higgsbosonen bland allt kringflygande bråte, partikeln som ingår i det så kallade Higgsfältet som gör att all materia i universum har massa. Det här skedde 2012, nästan femtio år efter att Peter Higgs förutsade partikelns existens.

Men materiens mysterier tar ju inte slut med Higgspartiken, det finns gott om frågor kvar som kräver svar och saker som ropar efter att upptäckas. Eventuella nya subatomiska partiklar, supersymmetriska partiklar, till och med nya dimensioner.

Kaka söker maka

Supersymmetrin (eller SUSY) som länge har varit fysikens heliga Graal, är det mysterium som alla hoppas mest på att LHC ska kunna belysa. Teorin om supersymmetri utgår alltså från att varje partikel har en superpartner som ”motvikt”.

Superpartiklarna krävs för att de stora ekvationerna om universum ska gå ihop och vi ska kunna förklara de nuvarande partiklarna och hur de är släkt med varandra. Man hoppas också kunna bevisa hypotesen om att den gäckande mörka materian, som tros utgöra nästan en fjärdedel av universum, består av supersymmetriska partiklar.

Galaxgruppen Abell 1689
Bildtext Galaxklustret 1E 0657-56 visar effekterna av den mörka materians inflytande.
Bild: NASA/CXC/M. Weiss

Men problemet är att inte en enda superpartner hittills har hittats till någon av de två dussin elementarpartiklar som vi känner till, trots att man gradvis har höjt på LHC:s effekt för att locka fram dem, och det börjar råda en lätt panikstämning i forskarlägret nu beträffande den här teorin som alltså är en av den moderna teoretiska fysikens grundstenar.

Men skam den som ger sig, så nu kastar sig forskarna huvudstupa in i ännu en säsong av protonkrossande på LHC. Det kanske viktigaste vapnet i den här kampen är den jättelika detektorn CMS (Compact Muon Solenoid), som väger lika mycket som hela Empire State Building i New York och som inte mindre än 3800 människor jobbar kring.

En kamera tung som en skyskrapa

Det är CMS-detektorn som har genomgått den allra största uppgraderingen under vinterns paus. Man kan som sagt jämföra detektorerna på LHC med digitalkameror, och den här kameran, CMS, tar uppemot 40 miljoner bilder per sekund. Det gäller att vara kvick när man fotograferar kollisioner som sker med farter som närmar sig ljusets hastighet.

Mängden sensorer i själva CMS-detektorn har ökats så att det hela kan jämföras med en 40 megapixels kamera som uppgraderas så att den får en upplösning på 164 megapixel.

Partikelkollisioner förevigade med Large Hadron Collider.
Bildtext Partikelkollisioner förevigade med hjälp av CMS-detektorn.
Bild: CERN

Till förbättringarna och reparationerna som har gjorts på den jättelika acceleratorn kan också räknas det att man har ersatt en av de 1232 magneterna som skapar magnetfältet som håller partiklarna kretsande på den cirkelformade banan som de rusar omkring på.

För att skapa det enormt starka magnetfält som krävs behöver magneterna bli supraledande, och därför kyls de ned till nära den absoluta nollpunkten, -271.3°C, vilket är kallare än själva den tomma rymden. Den här temperaturen åstadkommer man med hjälp av flytande helium.

Fit for fight till påsk?

De senaste veckorna har man ägnat bland annat åt att tanka in det flytande heliumet i systemet, för att sakta men säkert kyla ned de enorma magneterna, en process som inte går över en natt.

Och om allt går som det ska så väntar man sig på CERN att de första protonstrålarna kan injiceras i tunneln under påskmåndagen, och de första kollisionerna kan i sin tur väntas äga rum i början av maj.

Det finns som sagt flera viktiga frågor som man även den här LHC-säsongen hoppas kunna få svar på. Gärna en sensation i samma kaliber som Higgsbosonen som avslöjades 2012.

Men de flesta forskarna är överens om att det allra intressantaste är då man stöter på någonting helt oväntat, någonting så nytt och exotiskt att ingen ens har hunnit formulera en fråga om saken.

För som man säger i branschen, de mest spännande orden som uttalas i ett laboratorium är inte ”heureka!” utan ”hmmm, det var då besynnerligt!”

Mer om ämnet på Yle Arenan

Diskussion om artikeln