| Du er her: Nyheder om forskning og videnskab / Blogs / Big Bang Blog |
|
Mange bjerg-etaper i vente på CERN8. juli 2010 kl. 13:55 | 2 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
Ikke fordi der ikke bliver arbejdet på livet løs. Mere fordi acceleratorfysikkens bjerg etaper sætter en naturlig bremse for hvor hurtigt man faktisk kan få en så kompliceret maskine op at køre på fuldt tryk. Når LHC'en en dag kører med det man kalder nominel intensitet vil der være 2808 partikelbundter i maskinen med omkring 100 milliarder partikler i hver bundt. Maskinen havde forleden nået sin hidtil højeste intensitet, med det nominelle antal partikler i 3 bundter i hver retning (der er jo to stråler). Resultatet tog to uger dedikeret til maskinudvikling. Det vil sige to uger næsten uden det man kalder fysikkørsler at opnå. Husk på at maskinen startede op i år (i slutningen marts) med kun et bundt i hver retning med ca. 1% (d.v.s. 1 milliard partikler) af det nominelle antal protoner. Den seneste tilføjelse til de mange bjergetaper er, at det i fredags (2. juli) lykkedes at få 7 bundter til at cirkulere i hver retning. Succesorienteret strategiDen opvakte læser spørger måske nu sig selv hvorfor det går så langsomt. I virkeligheden går det altid langsomt med at starte en accelerator op - det kan (og ser ud til at gøre det igen) tage mange måneder og år at få acceleratoren til at køre som man oprindeligt planlagde. Med et udtryk fra forretningsverdenen er det fordi man bruge en såkaldt succesorienteret strategi. Det er en smart måde at sige at man er superoptimist. Lidt som når BP borer huller i havbunden i den Mexikanske golf... En mere normal måde at beskrive en sådan strategi på er at kalde den urealistisk - men i forretningsverdenen (sådan som den ser ud herfra hvor undertegnede sidder) er man enten optimist eller pessimist: pessimister bliver fyret, og optimister borer huller i havbunden - for at blive i analogien. Presset fra offentligheden, mest i form af politikere, har så fået CERN til at hoppe med på den succesorienterede model og derfor lave en masse fanfare for den første lille bakke (tilbage til cykelanalogien) det var at få de første partikler rundt i maskinen.
Men der er naturligvis ikke så meget sjov ved at fortælle, at intensiteten den dag var ca. 100.000 gange mindre, end den fysikerne går og regner med at de får. Kan ikke bare prøve og se hvordan det gårEfter min lille enetale skulle jeg måske vende tilbage til fakta. Som tidligere beskrevet her på bloggen, er det ikke bare et spørgsmål om at skrue op for intensiteten når den første stråle har været en gang rundt i maskinen. Den vigtigste grund hertil er at man bliver nødt til at være uhyre forsigtig idet tabet af bare et bundt partikler med det nominelle antal, kan brænde hul gennem maskinvæggen. Og det tager mange måneder at reparere (som vi så sidste år). Det vil sige, at acceleratorfysikerne skal være meget sikre på at alt er under kontrol, før de tør skrue op for intensiteten. Det medfører at der er uhyre mange kontroller der skal gennemføres hele tiden; kontroller, der ikke er nødvendige på mindre maskiner, hvor man blot kan prøve noget og se hvordan det går. Vekselvirkninger stiger kraftigtDerudover ændrer dynamikken i strålen sig meget, når man begynder at skrue op for intensiteten. Partiklerne er jo ladede og vekselvirker derfor stærkt med hinanden. Denne vekselvirkning stiger kraftigt, når antallet øges. Partiklerne vekselvirker også med hinanden ved at forårsage bevægelse af ladninger i de metalliske vakuumkamre, hvori de cirkulerer. Gennem sådanne spejlladninger vekselvirker de forskellige bundter med hinanden. Alle disse vekselvirkninger forstærkes, når man skruer op for antallet af partikler og antallet af bundter i maskinen.Og det kan afstedkomme et væld af ustabiliteter i strålen; noget man bliver nødt til nøje at kompensere for, for at undgå partikel og stråle tab. Når målet i årDet er således en lang proces at få intensiteten op til den nominelle. For at sætte det lidt i perspektiv, er det dog værd at tage et kig på vedlagte graf der viser den totale intensitet (eller det totale antal kollisioner) 'leveret' til fysikerne over de sidste små 100 dage.
Det er i sig selv en imponerende fremgang. Og det er derfor ikke urealistisk (eller er jeg nu for succesorienteret?) at vente at se de første interessante fysikresultater allerede hen mod slutningen af 2010.
Hvad fik I ud af jeres eksperiment?1. juni 2010 kl. 12:43 | 3 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
»Hvad fik I ud af jeres eksperiment?«. Spørgsmålet demonstrerer i høj grad hvor fejlslagen mediedækningen kan være af en begivenhed som den på CERN. Det svarer måske lidt til at spørge om, hvordan nødhjælpen så fungerer fem minutter efter et massivt jordskælv har fundet af sted... Svaret er naturligvis i begge tilfælde, at der ikke er noget svar på så tidligt et tidspunkt i en proces, der tager lang tid. I LHC'en er tidsskalen - for i hvert fald nogle af de ting, der undersøges - endog meget lang, idet der søges efter processer, der er utroligt usandsynlige. Og specielt da LHC'en kun kører med halv energi, er det visse ting, man nok næppe kommer til at se. Dermed ikke sagt at man ikke har lært noget allerede nu. Kendte processer førstDet første, eksperimenterne kigger efter, er naturligvis kendte processer, idet man for disse processer ved, hvad der skal ske. På den vis kan man bruge dem til at justere detektorernes mange systemer, så de rent faktisk giver mening. Et simpelt eksempel er, at man for kendte processer (og iøvrigt også generelt) antager, at den totale energi skal være bevaret. Man kan således kalibrere sine forskellige energimålinger ved at krydskorrelere en mængde processer.
Noget andet man også finpudser med kendte processer, eller i hvert fald velidentificerede spor i detektorerne, er detektorernes relative placering. De er naturligvis blevet placeret efter alle kunstens regler. Men selv de bedste positioneringsmetoder og beregninger kan ikke forudse, hvor meget eller hvorhen en detektor vil bevæge sig, når hele systemet pludselig er lidt varmere, fordi det er tændt. Eller i andre tilfælde koldere, fordi kølesystemet er aktivt. Rutineproces automatiseresFor at kunne kontrollere impuls og energi-bevarelse, har man naturligvis brug for at kende partikelbanerne til meget høj præcision. Så der bruger man igen kendte processer og veldefinerede spor til at finde ud af, hvor detektorerne er relativt til hinanden. En noget anstrengende ting, som nogle af eksperimenterne allerede har fundet ud af gennem sådanne målinger, er, at det ændrer sig, hver gang detektoren har været helt slukket og startes op igen. Så man skal altså gentage denne operation ganske ofte; noget der naturligvis vil blive automatiseret. Første 'skønne' partikel i LHCbEt af de mindre LHC-eksperimenter hedder LHCb. LHCb er en detektor, der er designet til at studere asymmetrien mellem stof og antistof i universet. Universet består i al væsentlighed kun af stof, men i laboratoriet dannes stof og antistof generelt i lige store mængder, når man konverterer energi til stof (og således også antistof).
Der er flere eksperimenter på CERN, der forsøger at undersøge dette. Heriblandt flere eksperimenter, der laver antiatomer. På LHC'en er det hovedsageligt LHCb, der fokuserer på dette aspekt. LHCb-eksperimentet er designet til specielt at kigge efter 'bottom'-kvarker, som bærer en egenskab, man (ja, fysikere savner måske lidt skønhed i hverdagen?) har valgt at kalde 'beauty'. Denne egenskab er indtil videre blot en slags målepind for, hvor mange b-kvarker man har. Sådan fungerer detektorerneDet, som LHCb har observeret, illustrerer meget godt, hvordan fysik på LHC'en foregår. For hvordan udleder man egentlig alle de forskellige fakta (som for eksempel tabellen over elementarpartikler) fra sine detektorer?
Grundlæggende kan de forskellige detektorer observere to forskellige parametre: De kan enten observere, hvor en partikel passerede gennem dem, eller de kan absorbere partiklen og måle, hvor meget energi den besad. Ved at have i massevis af positionsdetektorer, der er tæt på hinanden (og ikke alt for mange spor at studere), kan man således opbygge banen for de partikler, der passerer gennem dem. Det hele foregår i stærke magnetfelter, der forårsager, at ladede partikler vil bevæge sig ad krumme baner, således at krumningen giver information om ladningen (og massen). Ved så til sidst (sidder yderst i detektorerne) at lade partiklernes energi blive målt, kan man regne baglæns gennem systemet og finde ud af, hvad der skete undervejs. De nye partikler, man er på udkig efter (og mange af de kendte), har meget korte levetider. Til tider så korte at de henfalder, inden de er nået ind i detektoren. Man kan dog stadig regne baglæns. Forestil dig for eksempel, at en bestemt partikel bliver udsendt i lodret retning fra kollisionen, men henfalder inden den er nået ind i detektoren til to andre partikler, som man så detekterer. Indirekte detektionMan kan se på disse to partiklers baner og energi, at de kom fra et sted, der er lidt oven over der, hvor man ved kollisionen fandt sted. Og ved hjælp af deres totale energi, impuls, ladning og andre egenskaber (som beauty) kan man regne ud, at de må være kommet fra en bestemt partikel, der henfaldt, inden den kunne detekteres direkte.
Når man kigger på en bestemt kollisions energi, er der en række processer, der er mulige (energetisk), og man kan så se, hvad der sker. Hvis en ny tungere partikel pludselig dannes, vil dette give anledning til et helt nyt mønster af henfald og energifordeling i de mange spor, og man kan således se, at noget nyt fandt sted. Ved at kigge på masserne og ladningerne af alle de partikler, man observerede direkte, kan man identificere, hvilke karakteristika den partikel, de kom fra, havde, og således bestemme, hvad der måtte være tale om. 1.000 milliarder begivenheder om åretNår LHC'en skruer op for intensiteten og energien, vil begivenheder som den nedenfor beskrevne blive hverdagskost: Man forventer op mod 1.000 milliarder per år. Siden denne første begivenhed har eksperimentet også set henfald fra en såkaldt 'strange beauty'-partikel. Navnet dækker over, at det er en bundet tilstand af en b-kvark og en s-kvark (strange kvark), der er henfaldet.
Er partikelacceleration en tilskuersport?30. marts 2010 kl. 15:38 | 42 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
Endnu engang var verdenspressen (dog lidt færre end sidst) inviteret indenfor i partikelacceleratorverdenen. I løbet af i dag har CERN desuden sendt live fra de forskellige eksperimenters kontrolrum og fra CERN's centrale kontrolcenter (CCC). CERN har for første gang kollideret protoner med 3,5 TeV energi! Set indefra har det hele et lidt surrealistisk skær over sig. Acceleratorfysik er normalt ikke en tilskuersport, som en af mine kollegaer pointerede, og det bliver det nok heller ikke. Ikke helt så hurtigt som sidstDet gik da heller ikke helt så hurtigt som da LHC'en blev startet første gang. Pressen måtte vente indtil kl. 12.58, før de første kollisioner gik igang i LHC'en. Ventetiden skyldtes et par elektriske forstyrrelser i hovedforsyningerne, der fik sikkerhedssystemerne til at lukke ned for de store superledende magneter, der styrer protonerne rundt i ringen. Som jeg skrev i sidste indlæg, burde en sådan hændelse ikke komme som nogen overraskelse. Maskinen er operationel mere end 60% af tiden, men det betyder jo så, at der er diverse tekniske problemer i cirka 40% af tiden. Når der er problemer, kan man ikke kan have protoner i acceleratoren, og derfor naturligvis heller ikke hverken accelerere dem eller kollidere dem. Pressen opdager at ting tager tidHvad gør verdenspressen så, når den sidder og venter? Jo, den finder langsomt ud af, at dette naturligvis er et superinteressant eksperiment, men at det ikke er sådan et af dem, hvor man trykker på en knap, og resultaterne vælter ud et sekund senere. Der var en journalist, der spurgte, hvad sådan en forsinkelse på to timer så betyder, og svareren undlod høfligt at gøre opmærksom på, at for en maskine, der skal køre mindst de næste 18 måneder i træk, og på lang sigt mere end 10 år, er to timer ret ligegyldigt. For de folk, der skal få den i gang igen, er enhver forsinkelse naturligvis forbundet med noget, der skal ordnes... 1.000 gange lavere end det der forventesDet svarer vel lidt til, hvis man havde spurgt, hvad to timers forsinkelse under bygningen af Storebæltsbroen havde betydet.
Igen fremmanede generaldirektøren (korrekt) det historiske øjeblik, og undlod på sin vis at svare. Det korrekte svar er selvfølgelig også lidt kedeligt. Dagens kollisioner skete med to stråler med kun ca. 10 milliarder protoner i hver, det vil sige stadig ca. en faktor 1.000 lavere intensitet, end hvad fysikerne venter på. Stadig historisk begivenhedDer skal dog ikke herske tvivl om det historiske i begivenheden, selvom den bærer præg af menneskers evige trang til at ting skal ske på et bestemt tidspunkt eller skal passere en bestemt tærskel for at være sådan 'rigtige'. Virkeligheden er nu engang analog og fyldt med glidende overgange, om vi kan lide det eller ej. Imens vi spekulerer over det, kan acceleratorfysikerne så gå igang med at få intensiteten op i de to stråler, og forhåbentligt ser vi så inden for de næste 18-24 måneders tid de første tegn på ny fysik fra energifronten!
LHC på rette spor24. marts 2010 kl. 10:27
Af Niels Madsen, CERN
Efter de tekniske stop over jul har LHC'en nu været i gang igen siden den 28. februar, og er godt på vej mod at levere kollisioner til fysikeksperimenterne. Den 19. marts fandt den første acceleration til 3.5 TeV sted. Det vil sige halvdelen af design-energien. Som tidligere nævnt her på bloggen er det planen at LHC'en skal køre med kollisioner ved 3.5 TeV i op mod et år, hvorefter maskinen lukkes ned igen (det vil sige noget i retning af efteråret 2011), for at blive gjort klar til den fulde energi på 7 TeV i hver partikelstråle. Det er bemærkelsesværdigt at LHC'en allerede har nået det den har. Modsat normalt er der megen bevågenhed omkring LHC'en, så man kan let få det indtryk, at maskinens ydelse udvikler sig langsomt. Men det er på ingen måde tilfældet.
I tidligere tider har man brugt år af reel tid med maskinen, på at få alle systemer op at køre. På LHC'en er oppe-tiden, det vil sige den del af tiden hvor man rent faktisk kan cirkulere partikler i maskinen, allerede omkring 65%, hvilket er meget imponerende for en så kompliceret maskine.
Elektronsky-ustabilitetenEn ting er at accelerere en bunke protoner til 3.5 TeV. Men for at dette er nyttigt for eksperimenterne, skal der jo helst være tale om en rigtig stor bunke protoner. Det er en udfordring. Så snart man begynder at have seriøse mængder af partikler i maskinen, begynder de elektriske felter fra partiklerne selv at spille en stor rolle for partikelstrålens dynamik. Et eksempel på et problem der har været regnet meget på (for ikke at nævne simulationer af testkørsler i SPS'en), er den såkaldte elektronsky-ustabilitet. Den er for så vidt meget enkel: Når en bunke protoner farer afsted i et vakuum-kammer, vil de til tider ramle ind i noget af den gas der trods alt befinder sig i kammeret; den såkaldte restgas.
Enkelte atomer/molekyler kan blive ioniserede således, at en eller flere elektroner bliver revet af atomet/molekylet. Nu har vi så et antal ladede partikler, der befinder sig i vores vakuumkammer. Ved lav partikelstråleintensitet sker der ikke meget mere. Det vil sige ionerne finder sammen med elektronerne igen og neutraliseres inden meget af interesse finder sted.
To knappenåle på tværs af AtlanterhavetVed de høje intensiteter som LHC'en arbejder ved, danner partiklerne i strålen stærke elektriske felter i kammeret, der kan accelerere elektronerne og ionerne i modsat retning. Da elektronerne er lette, er de det vigtigste element i problemet. Elektronerne kan nemlig bliver accelereret således, at de rammer ind i kammervæggen med stor fart og forårsager frigivelse af en større bunke sekundære elektroner. I værste fald bliver disse så igen accelereret og ramler ind et andet sted og en kædereaktion finder sted. Dette vil forårsage at trykket stiger i denne del af kammeret, give flere elektroner og ioner, og således pludselig forårsage seriøse tab at partikler, der kan ende med at varme kammeret op, så de superledende magneter ikke længere er superledende, det vil sige give anledning til et quench. I LHC'en bliver dette problem yderligere forværret af, at partiklerne har så stor energi at den stråling de udsender, når de afbøjes rundt i maskinen (synkrotronstråling), er intens nok til også at kunne frigive elektroner fra kammeret... Udover dette eksempel er der også en del ustabiliteter forbundet med at have to meget intense stråler til at overlappe, som også kræver ekstrem kontrol. Det svarer lidt til at få to knappenåle til at ramme hinanden på tværs af Atlanterhavet. Begynder i næste ugePå trods af disse udfordringer regner LHC-teknikerne med, at man kan gennemføre de første kollisioner af protoner ved 7 TeV (3.5 TeV per stråle) i næste uge, den 30. marts. Derefter kommer arbejdet med at få antallet af partikler op, så der bliver kollisioner nok til at der er chance for at se noget nyt og interessant.
Er LHC'en og partikelfysik spild af penge?2. marts 2010 kl. 13:03 | 8 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
Læserne skriver: »Hvad mener du om forskning i CERN? Synes du ikke at det er lidt irrelevant for os at finde Higgs-partiklen? Vi har tidligere stødt på udtalelser om, at de penge, som bruges på CERN, kunne bruges på andre 'bedre' ting, for eksempel hjælp til u-landene.«. Nedenstående er mit svar, som jeg tænkte andre måske kunne have fornøjelse af at læse. Listen over nyttige ting, som folk på et tidligere tidspunkt har ment var spild af tid og/eller penge, er meget lang, og jeg synes på ingen måde, at forskning eller efterforskningen af Higg's partiklen er spild af tid, der er mange gode grunde til at dyrke den slags forskning, men først skulle jeg måske sætte det i perspektiv: Sammenlignet med hvad?LHC'en har kostet ca. 25 mia. kroner (det præcise tal afhænger af, hvad man inkluderer). De lande der deltager i en eller anden form i eksperimentet, udgør omkring 90% of Jordens befolkning. For at gøre det nemt; ca. 5 mia. mennesker - altså ca. 5 kr. person. Det er jo ikke mange penge til et projekt, der indtil videre har kørt (rent ingeniørmæssigt) i ca. 15 år og holder hen ved 10.000 mennesker beskæftiget på den ene eller anden måde. Fejlen i pressen (i min optik) er, at de i mange sammenhænge sammenligner med det mest sære for at få tallene til at lyde urimelige, hvis det er deres plan. Så en anderledes sammenligning kunne for eksempel være, at den vestlige verdens (mestendels) forbrugere 'brændte' ca. 10 mia. kroner af på at se filmen Titanic - og hvor meget lærte vi af det? Stor nytte for mange menneskerTil yderligere sammenligning (rent beløbsmæssigt, ikke samvittighedsmæssigt) yder Danmark for eksempel 15 mia. kroner i ulandshjælp per år. Det er ca. 3000 kr. per person. Så jo, vi kunne da godt lade være med at bygge LHC'en. Men 5 kr. mere til ulandshjælp per person ville snarere blive opslugt af administration. Men, for at blive på den økonomiske side af sagen, kan man jo også anskue det ud fra en ren nyttebetragtning. Som jeg antydede ovenfor, er der utroligt mange mennesker der er involveret i og har glæde af, at LHC'en er blevet bygget og kører. Mange af disse mennesker er studerende, der ved at være involveret i det mest komplicerede instrument, menneskeheden har bygget, i høj grad er med til at skubbe grænserne for, hvad vi teknologisk kan udrette. Våben mod kræftDette har så igen industrien i medlemslandene glæde af. For eksempel er CERN skyld i, at vi i dag kan gå ned og blive strålebehandlet for kræft, at vi kan få et CT-skan for at se om vi har kræft, for ikke at tale om PET-skannere og andet højteknologisk udstyr på hospitaler. Ideerne og i høj grad implementeringen af alle disse instrumenter kommer fra forsøg på at måle, hvordan naturen hænger sammen. De kom ikke fordi nogen gerne ville finde en måde at observere kræft på. Hvad det til tider kan synes svært for specielt medierne og politikerne at forstå er, at hvis man kun giver penge til at lede efter noget bestemt, finder man i bedste fald kun det, man kan fantasere sig til og i værste fald ingenting. Hvis man derimod giver penge til blot at lede efter noget interessant, finder man ofte mange nye ting, naturligvis både brugbare og ikke-brugbare. Kunsten er, at give pengene til dem der er bedst til at lede og ikke kun dem, der lover at lede der, hvor du synes, de skal lede. Vigtig for den teknologiske udviklingGang på gang har naturen vist os, at den er væsentlig mere fantasifuld og mangfoldig end vi kan forestille os. Så hvis vi kun leder efter ting, vi har besluttet, er interessante, risikerer vi at gå glip af en masse. WWW blev for eksempel udviklet på CERN, for at de store grupperinger af partikelfysikere kunne dele data på trods af store afstande. Og det har siden gjort, at mange mennesker i verden nu har adgang til information (og misinformation) som de tidligere ikke kunne drømme om. Alene den rent teknologiske side af stor videnskab afstedkommer mange goder til at forbedre menneskers tilværelse. At videnskab kan betale sig, bevidner den industrielle revolution i Europa (og siden resten af verden) i høj grad. Megen grundlæggende forståelse (som for eksempel termodynamik), der måske kan forekomme uinteressant, er i høj grad grundlæggende for denne udvikling som, i hvert fald i Europas tilfælde, har gjort os meget rigere end de kunne drømme om i 1400-tallet. Har vi brug for fremskridt?Derudover er der jo så den grundlæggende videnskab. Har vi brug for at vide noget om Higg's-bosonen? Ja, det har vi, for selvom vi kan meget i dag, ved vi med sikkerhed, at der ligger og lurer en enorm viden som vi ikke har. Vi kan i dag ikke på fornuftig vis gøre rede for, hvad ca. 95% of universet består af! Behøver vi at kunne det? Man kan spørge i det uendelige om, hvad vi behøver at vide. I sidste ende behøver vi ikke noget som helst. Vi kan jo tulle tilbage til fortidens jordhuler og bo der. Menneskets nysgerrighed er en grundlæggende egenskab, som giver sig udtryk på mange måder. Kunst er en af dem, videnskab er en anden. Det, der er trist ved de seneste års forskningspolitik, er, at politikere mere og mere tænker som (moderne) aktionærer; de vil se hurtige penge. Videnskab tager lang tid, så man må være klar til at vente på resultaterne, og de kommer ikke inden næste valg. Fysikken er slet ikke slutAt vide hvordan universet fungerer, kan give masser af afkast. Det har det allerede. Omkring år 1900 troede de fleste fysikere, at nu var fysikken slut; man forstod alt. Kun et par krøller var ikke afklarede. Disse krøller ledte siden til kvantemekanikken og kvantefeltteorien, som har givet os mikrocomputeren (computerchips) og mere eller mindre alt moderne teknologi og materialelære. Men da folkene omkring år 1900 tullede rundt og forskede, ville de bare vide hvordan ting fungerede. På samme måde kan LHC'en give os uventede oplysninger, der kan vende op og ned og give anledning til både nye spørgsmål og nye svar. Vi ved, der er mange ting, vi ikke kan forklare, så i modsætning til folkene omkring år 1900, forventer vi ikke, det er slut. Så mulighederne er store.
Almen relativitetsteori27. februar 2010 kl. 05:00 | 10 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
Interessant nok påpeger skriveren, at tolegeme-problemet er svært at løse. Men hvad er tolegeme-problemet? Modsat hvad man måske skulle tro, er fysik faktisk ikke særligt svært. Eller rettere, kunsten i fysik består i høj grad i at gøre svære problemer lette, som når man knækker en svær gåde og ikke længere kan se problemet med den efter man har knækket den. Det er naturligvis et problem, når man skal undervise i fysik, idet det kan være svær at huske hvad det lige var der var svært at forstå - et problem de fleste fysiklærere (og sikkert mange andre lærere) kan nikke genkendende til. Hvilket problem kan man ignorere?Tolegeme-problemet er i alt sin enkelhed det problem der består af, at man skal beskrive bevægelsen af to legemer alene i universet. Det er legemer naturligvis sjældent, men da universet jo på mange måder kan opfattes som temmelig tomt (i forhold til for eksempel selv et tomt rum på jorden (der jo er fyldt med luft)), kan man ofte se bort fra alt det andet. Det er et meget ofte gentaget kneb, og igen det, der på mange måder er hvad fysik handler om: At finde ud af præcist hvilke dele af et problem man kan ignorere. Tolegeme-problemet i Newtons tyngdekraft er for eksempel et system bestående af en planet og en måne. Det kunne også være et elektrisk kraftproblem, som for eksempel et brintatom, hvor der er en elektron og en proton. Det snedige ved både den elektriske kraft (Coulomb-kraften) og Newtons tyngdekraft er, at de er såkaldte kvadratlove - det vil sige kraften aftager med kvadratet på afstanden. Newtons anden lovNår det forholder sig sådan, kan man 'snyde' - eller rettere: Problemet er så nemt indrettet, at i stedet for at forsøge at beskrive to legemer, der begge bevæger sig rundt, grundet kraften fra det andet legeme, kan man reducere problemet til at beskrive et legeme med en korrigeret masse, der bevæger sig rundt om et fast punkt. Denne korrigerede masse kaldes derfor for den reducerede masse. Massen der her er tale om, er naturligvis den inertielle masse, det vil sige den fra Newtons anden lov, der beskriver hvordan en kraft på et legeme forårsager en acceleration. Virker Einsteins ligninger i ekstreme tilfælde?Nu beskrev jeg i sidste indlæg, hvordan Einstein formulerede en nyudgave af Newtons tyngdekraft, under hvilken vi ikke længere beskriver tyngdekraften med en simpel kvadratlov, men derimod som en krumning af rummet, der gør at ting afbøjes. Hvor der stadig kan være tvivl om, i hvor høj grad Einsteins ligninger vil virke i ekstreme tilfælde, som for eksempel meget tunge sorte huller, er der ikke nogen tvivl om, at de passer på alle fænomener man faktisk har kunnet måle på (modsat hvad kommentaren på sidste indlæg synes at indikere). Den første test og bekræftelse af Einsteins beskrivelse (som allerede ved sin præsentation i 1915 kunne forklare uforklarede 'fejl' i Merkurs bane) fandt sted allerede i 1919 under en fuld solformørkelse. Rummets krumning afbøjer lysIfølge Newtons teori bliver kun genstande med masse påvirket af tyngdekraften. Det vil sige lys, der er masseløst, skulle forblive upåvirket. Ifølge Einsteins teori bliver lys derimod påvirket. Hvorfor? Jo, fordi lys altid bevæger sig ad rette linier. Men hvis rummet krummer, vil en ret linje ikke længere gå lige ud. Tænk på jordoverfladen: Hvis man her blot går ligeud, kommer man (efter lang tid) tilbage til samme sted, netop fordi jorden krummer - og over i købet så meget at en lige vej lukker om sig selv. Under solformørkelsen kunne man tæt på solens overflade (hvor man jo normalt ikke kan se noget, da solen lyser meget kraftigere end alt andet) observere stjerner, der beviseligt burde være skjult af solen (det er ret kompliceret at lave denne måling, specielt i 1919). Disse stjerner blev synlige, idet deres lys, som burde være passeret forbi jorden, var blevet afbøjet af solens krumning af rummet - noget der ikke er muligt i Newtons beskrivelse. Siden da har man set fænomenet ofte, når man kigger ud i rummet. Det kaldes 'gravitational lensing' - det vil sige gravitationelle linser. Ingen GPS uden EinsteinEn anden konsekvens af Einsteins beskrivelse er, at da rum og tid er blandet sammen, er det faktisk rum-tiden der krummes af store masser (energitætheder). Det betyder, at tiden går langsommere tæt på en stor masse end længere væk. Forskellen er ikke stor på jorden, men den er målbar - man kan for eksempel måle forskellen på tidens gang på toppen af Mount Everest og ved havoverfladen. Et sted hvor dette har store praktiske konsekvenser, er i forbindelse med GPS-baseret navigation. En GPS-satellit er grundlæggende bare et godt ur (et såkaldt atomur), og det uret gør, er hele tiden at udsende et signal, der siger hvad klokken er netop nu ombord på satelitten. En GPS-modtager modtager mindst 4 sådanne signaler, og kan så ud fra kendskab til satellittens bane (som den også sender ud en gang imellem) regne sig baglæns til, hvor den er (der er brug for mindst 4 satellitter, da GPS-modtageren ikke har et tilsvarende godt atomur). Det er bidende nødvendigt for at GPS-systemet fungerer, at man tager Einsteins ligninger i betragtning. Tidens passage på satellitten er tilpas forskellig til, at man ikke kunne bruge GPS-systemet til nogen særlig præcis navigation, hvis man ikke tog højde for det. Så der hersker ikke nogen tvivl om, at Einstein havde ret. I hvert fald der hvor man har målt efter. Hvordan løser man tolegeme-problemetTilbage til tolegeme-problemet. På trods af Einstein-teoriens succesfulde beskrivelse af mange observerede fænomener, kan man faktisk ikke (så vidt vides) løse tolegeme-problemet eksakt. Grunden er den simple, at Einsteins ligninger ikke er 'nemme' som Newton's tyngdekraft. Det vil sige man kan ikke snyde med en reduceret masse og finde en enkel løsning. Hvad gør man så? Jo, man kan naturligvis sætte en computer til at tygge på det og finde løsninger. Noget andet og mere nærliggende er at lave en tilnærmelse. Man har på denne vis lavet ganske gode tilnærmelser, og resultaterne passer naturligvis med Newtons beskrivelse når det drejer sig om simple ting som Jorden og Månen. Det er der dog ikke megen interesse i at kigge på, da masserne er så små, at det ikke rigtigt er nødvendigt at tage Einsteins beskrivelse i brug. Hvad der er mere interessant, er at kigge på stjerner, der bevæger sig rundt om hinanden, såkaldte binære stjernesystemer. GravitationsbølgerDisse er interessante, idet Einsteins beskrivelse (modsat Newtons) har den konsekvens, at hvis to tunge legemer bevæger sig rundt om hinanden, river de så meget op i rum-tiden at der dannes bølger i den - såkaldte gravitationsbølger. Disse er der et par eksperimenter der forsøger at observere, dog endnu uden held. Gravitationsbølger er dog blevet sandsynliggjort ved indirekte observationer. Da energien er bevaret ville man forvente, at et binært system der udsender bølger (der jo indeholder energi) nødvendigvis må afgive denne energi, og det på en sådan måde, at bevægelsen er dæmpet. Det vil sige man forventer, at deres rundtur langsomt løber ud i sandet, om man så må sige. Ingen garantier - men masser af fremskridtSå hvad er svaret til læseren? Svaret er at, ja, tolegeme-problemet er en nød man endnu ikke har knækket eksakt, og der er i øvrigt ingen garantier for at det lykkes. Men det at noget ikke kan løses eksakt, betyder ikke, at beskrivelsen er forkert. Der er jo ikke noget i naturen der har lovet os, at den skulle være nem at beskrive. Et simpelt eksempel er trelegeme-problemet, som man ikke kan beskrive eksakt med nogen teorier. Det betyder selvfølgelig, at man for eksempel ikke kan beskrive et fast stof eksakt.
Heldigvis er naturen således indrettet, at vi det meste af tiden kan lave gode tilnærmelser, der beskriver vores system godt nok til at vi kan komme videre. På det grundlag har vi for eksempel udviklet transistoren og sidenhen microprocessorer og så videre. Så det at noget ikke kan beskrives eksakt, betyder på ingen måde at vi smider håndklædet i ringen eller opgiver vores model.
De sorte huller vender tilbage17. februar 2010 kl. 14:39 | 31 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
En bekymring (eller forhåbning om man vil) som nogle har ytret er, at LHC'en måske kan skabe mikroskopiske sorte huller. En simpel energi-beregning viser dog, at dette ikke er muligt uden at antage forskellig ny fysik. Men for at forstå det, må vi lige hurtigt kigge på, hvad et sort hul egentligt er. Einstein formulerede tidligt i det sidste århundrede sin almene relativitetsteori, som 'omdefinerede' Newtons tyngdekraft til en krumning af rummet. Snarere end at ting med masse danner tyngdefelter, som så kan vekselvirke med andre masser, som for eksempel ladede partikler kan vekslevirke med andre ladede partikler, bliver tyngdekraften nu beskrevet således, at en vis energi-tæthed giver anledning til en krumning af rummet. Det krumme rumNår rummet krummes, er det lidt som en bordplade med en krum fordybning (se tegning). Eller som en metalplade, der er blevet bøjet ved at en tung bowlingkugle har ramt den. Midten af hullet er hvor vi finder vores energi-tæthed (som for eksempel en stjerne). Hvis noget kommer i nærheden af denne krumning, bliver det afbøjet og eventuelt indfanget. Dette gælder også for lys, som jo ikke har nogen masse. Et sort hul beskriver 'blot' den situation, at energitætheden er således, at hvis lys sendes ind i det, er rummet så krumt at det ikke kan komme ud igen. Da rummet krummer i stigende grad, desto tættere man kommer på kernen, giver en bestemt energitæthed anledning til, at krumningen inden for en bestemt afstand er stor nok til at lys, der kommer indenfor denne såkaldte begivenhedshorisont, ikke kan slippe ud igen. Noget der bevæger sig langsommere end lys (det vil sige alt andet), kan således heller ikke slippe ud, og vi har et sort hul. Den energitæthed der kræves er mange gange (mange milliarder gange) større, end det man forventer at kunne lave med LHC'en. Så umiddelbart er der ingen grund til at tro, at LHC'en kan lave sådanne sorte huller. Streng-teoriens usikre forudsigelserDer er dog grund til forsigtig optimisme (eller pessimisme, hvis man ikke kan lide små sorte huller). En af de mere sejlivede teorier i omløb til at løse diverse af partikelfysikkens problemer, er nemlig den såkaldte streng-teori, der forsøger at give et bud på hvordan man kan kvantificere den almene relativitetsteori, altså gravitation. Det er nemlig endnu ikke lykkedes fysikerne at komme frem til en måde, hvorpå det kan lade sig gøre. Streng-teorien har et bud, men den har endnu til gode at beskrive noget man ikke allerede kan klare med eksisterende (mindre konsistente) teorier. Og den har den ulempe, at den er temmelig svær at forudsige noget med - ikke umiddelbart en dejlig egenskab. Det som strengteorien har at sige som måske kan gøre det muligt at lave sorte huller er at der måske er flere rumlige dimensioner end dem vi er vant til. De ekstra dimensioner er så små at vi ikke nemt kan opfatte dem, men det kan tyngdekraften. Pindsvine-kraftFor at forstå hvordan flere dimensioner kan hjælpe, kan det hjælpe et øjeblik at trække sig lidt tilbage og tænke på tyngdekraften som en kraft. En kraft beskrives ved hjælp af et felt, der opstår omkring den genstand, der kan udøve indflydelse på omgivelserne. Vi beskriver dette felt ved hjælp af feltlinjer. Forestil dig et rundt pindsvin med uendelig lange helt lige pigge, der stritter til alle sider. Jo længere vi er fra dette pindsvin, desto længere vil der være mellem piggene. Det vil sige desto svagere er kraftpåvirkningen fra genstanden. Hvor hurtigt aftager denne kraft? Piggenes tæthed illustrerer kraftKraften er proportional med tætheden af pigge på et givet sted. Da antallet af pigge er givet fra starten, er det blot et spørgsmål om, hvor stor en overflade disse er bredt ud over. De er bredt udover en kugleflade, hvis areal vokser med kvadratet på afstanden. Således falder pig-tætheden med kvadratet på afstanden, det vil sige feltstyrken falder med kvadratet på afstanden. Hvis dette nu foregik i to dimensioner (et to-dimensionelt pindsvin), så ville feltstyrken falde med afstanden (da feltet udbreder sig på en cirkel i så fald). Hvis det derimod udbredte sig i et 9 dimensionalt rum, ville styrken falde som afstanden i ottende potens. Aha, det vil altså sige hvis tyngdekraften udbreder sig i 9 dimensioner, men alle andre end de tre vi normalt relaterer til, er meget små, kunne det jo være, at når vi kom meget meget tæt på, ville det vise sig at tyngdekraften var meget stærkere end den ser ud på afstand. Det vil sige energitætheden er højere end man skulle tro og det er måske muligt at lave et sort hul. Sorte huller kan gøre os klogereHele denne tankerække lyder jo noget konstrueret, og det er den på sin vis også, men motivationen er i princippet god nok. Tyngdekraften er nemlig næsten 30 størrelsesordener (10 i 30. potens) mindre end de andre tre fundamentale kræfter i naturen. Og det har man ikke nogen fornuftig forklaring på. En mulig forklaring kunne således være, at den faktisk er sammenlignelig med de andre, men at vi bare ikke kan måle det. Et lille sort hul i LHC'en kunne være et afgørende gennembrud til at lære nyt om dette aspekt af naturens love.
LHC skal køre konstant frem til 201111. februar 2010 kl. 09:25
Af Niels Madsen, CERN
I sidste uge holdt CERN sit årligt tilbagevendende møde i Chamonix for at diskutere og lægge slagplanen for den næste periode i LHC'ens historie. Mødet er en gammel tradition, der også fandt sted dengang man kolliderede positroner og elektroner i LEP'en på CERN. Det har dog holdt en pause under LHC'ens konstruktion, da mødet i høj grad fungerer som et statusmøde hvor fysikere og accelerator-folket kan mødes. Helt nyt energiområdeInteressante ting kom ud af den snak i år. Som tidligere nævnt er den næste milepæl for LHC'en, at nå op på halvdelen af 'design-energien'. Det vil sige 3.5 TeV i hver protonstråle, mod de 7 TeV, der er den nominelle energi. Selvom det kun er halvdelen af design-energien, er det stadig 3.5 gange mere end den hidtidige rekord, og vil bringe partikelfysikken ind i et nyt energiområde, hvor der er noget håb om allerede at gøre nye opdagelser. Den plan der eksisterede før mødet, var at køre ved 3.5 TeV i 2010, hvorefter der ville være den normale nedlukning af CERN's maskiner over vinteren 2010/2011. Forlænget køretidMen det kom frem på mødet, at det vil tage mere tid end en vanlig nedlukningsperiode at gøre LHC'en klar til den højeste energi. Derudover er LHC'en en noget anderledes maskine end CERN har været vant til: LHC'en skal holdes ved kryogeniske temperaturer, og det tager mange uger at varme op og køle ned (og meget energi). Så den er ikke særligt egnet til at gøre den slags i tide og utide. Det blev derfor besluttet, at LHC'en, når den starter op igen engang i foråret, kommer til at køre kontinuert indtil midten af 2011, eller endnu længere. En så lang kørsel skulle give mulighed for at give fysikerne en god bunke data til at lede efter nye fænomener (som for eksempel Higgs-bosonen), selvom det ikke er nær så godt som at køre ved fuld energi.
Big Bang-maskinen går i vinterhi21. december 2009 kl. 04:21 | 22 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
LHC'en er puttet på vågeblus for i år. CERN lukker som vanligt i to uger i forbindelse med julen. Det er en gammel tradition, der hænger sammen med, at CERN's enorme strømforbrug ikke er kompatibelt med alle julegæssene der skal ristes, for slet ikke at tale om husopvarmning som specielt i Frankrig ofte gøres med el. Tidligere var det desuden sådan, at alle CERN's maskiner lå stille indtil engang i marts, for at almindelig vedligeholdes kunne gennemføres. I år vil der undtagelsesvist kun blive en måneds pause på acceleratorkæden, der forsyner LHC'en, i et forsøg på bedre at indhente det tabte år, forårsaget af uheldet sidste år lige efter opstarten. Januar vil blive brugt til at færdiggøre tests af magneternes beskyttelsessystem (quench-beskyttelse) så LHC'en kan køres op til 3.5 TeV energi i hver protonstråle allerede i februar, hvor alt igen skal være i gang. Energi-verdensrekordDe sidste par uger har set mange fremskridt i både intensitet og energi. Energi-verdensrekorden blev sat for en uges tid siden, og intensiteten i maskinen har været oppe på 16 bunker, hver med pilotstråle intensitet. Eksperimenterne rapporterer om cirka 2 millioner begivenheder i deres detektorer ved den lave energi, hvor 450 GeV protoner kollideres med hinanden, og et par hundrede tusinder kollisioner ved den højere energi på 1.2 TeV. Bittesmå forøgelser i intensitetenDer er dog meget der skal nås endnu, før eksperimenterne kan opdage nye ting. For et give et indtryk af, hvor langt der er, så er den højeste begivenhedsrate der endnu er set i detektorerne cirka. 20 Hertz. Det vil sige 20 begivenheder per sekund Begivenhederne er kollisioner mellem to protoner, der giver anledning til signal i detektoren. LHC'en er designet til at skulle levere 80 millioner begivenheder per sekund. Så vi mangler endnu at skrue op for intensiteten cirka 4 millioner gange. Den største faktor kommer fra, at vi endnu kører med meget lav intensitet i strålerne, idet man er meget nervøs for at ødelægge maskinen og går med museskridt hvad angår intensiteten. I øjeblikket har der maksimalt været cirka 16 bunker partikler i maskinen på en gang. Når maskinen er fyldt, vil der være 2000 bunker der cirkulerer i hver retning. Derudover er intensiteten i hver bunke cirka 100 gange lavere end den planlagte, igen for at sikre mod nedbrud. Denne intensitet skal også skrues op - noget der ikke er helt trivielt, idet der er mange nye og typisk ikke fordelagtige fænomener der opstår, når man skruer op for intensiteten. Hovedsageligt kan disse fænomener koges ned til, at de kan gøre strålen af partikler ustabil, så den bliver tabt. Det vil man naturligvis meget gerne undgå. Så det vil også blive gjort forsigtigt. Digitale kameraer med tusindedel millimeters præcisionDet sagt, er eksperimenterne meget tilfredse med deres resultater indtil nu. Husk på at de har bygget på deres detektorer i 10 år og nu siddet 'med hænderne i skødet' og ventet endnu et år uden at se andet end kosmisk stråling. De par millioner begivenheder som eksperimenterne nu har observeret, vil bliver brugt til at kalibrere detektorerne. Det vil sige sikre sig at energi og positionsmålinger er korrekte. Det er et kæmpe arbejde. Detektorerne er store som huse og indeholder tusinder af detektorer, der minder om CCD-chips fra digitale kameraer (dog meget større) med pixel-opløsning på hundreddele og tusindedele af en millimeter. Disse skal kunne måle spor efter ladede partikler, der passerer igennem detektoren og helst med en præcision på få tusindedele millimeter. En sådan præcision kan ikke opnås ved mekanisk opmåling og man benytter derfor spor fra partikler til at foretage disse opmålinger. Det er således med en rigtig god mavefornemmelse at LHC'en og resten af CERN tager på juleferie.
Hvad er formålet med LHC egentlig?10. december 2009 kl. 10:22 | 21 kommentarer
Af Niels Madsen, CERN
- Hvad er formålet med LHC'en? Og - Hvordan hjælper den egentlig med at opnå det? For at opfriske folks måske lidt støvede erindring om acceleratorer og højenergifysik, gennemgår jeg et par forskellige aspekter her, der forhåbentligt kan oplyse nogen derude. Frontale bilsammenstød og guldfolieDen grundlæggende ide med at accelerere partikler og foretage kollisioner er, at mere energirige partikler kan nå 'dybere' ind i stofs byggedele. En lidt over-banal sammenligning kunne være, at man ønsker at skille to biler ad, men ikke har noget værktøj. Man kan i stedet accelerere dem og køre dem ind i hinanden, jo højere hastighed det ramler ind i hinanden med, desto flere stumper ender man med. Det var faktisk sådan kernefysikken startede, med Ernest Rutherfords forsøg i 1909, hvor han bombarderede et guldfolie med heliumkerner (alfapartikler) og studerede i hvilken retning kernerne blev afbøjet. Lidt som at smide tennisbolde mod en lastbil for at undersøge dens størrelse (forestil dig at lastbilen er i et mørkt lokale og ikke kan ses). I Rutherfords tilfælde opdagede han, til alles overraskelse, at nogle af alfapartiklerne blev afbøjet helt enormt (de kom tilbage til udgangspunktet). Det måtte betyde, at der var noget meget tungt og positivt inde i guld-foliet: Guldatomernes kerner! Energi nok til at lave nye partiklerSiden disse første spinkle skridt er der blevet skruet op for energien af acceleratorerne, så ladede partikler i dag kan accelereres til meget høje energier (i LHC'en er det protoner, brintkerner). LHC'en er det seneste skud på stammen og vil, når den er helt klar, kunne accelerere partikler op til 7 TeV. I LHC'en kollideres disse partikler med hinanden i såkaldte head-on kollisioner. Det vil sige de to stråler af partikler (i LHC'en mest protoner, men også blyioner vil blive accelereret) bliver justeret til at ramme hinanden under en meget lille vinkel. Når man skruer energien op, sker der imidlertid noget nyt. I bil/Rutherford eksemplet ovenfor kom der information ud om hvilke 'komponenter' der var i systemet, inden det blev bombarderet. Når der er nok energi til rådighed (i form af bevægelseenergi af partiklerne) åbner der sig nye muligheder for at der kan opstå partikler, der, i populær forstand, ikke var der i forvejen. Noget af den bevægelsesenergi (kaldet kinetisk energi) partiklerne havde inden kollisionen bliver, igen populært sagt, omdannet til masse, altså stof. Der dannes således ikke energi i kollisionerne i LHC'en. Hvad LHC'en gør, er, gennem en masse forskellige stadier, at give partiklerne i maskinen en masse kinetisk energi, der så gennem kollisionerne kan forårsage at 'nye' partikler bliver dannet. StandardmodellenEt af målene med LHC'en er at gøre den såkaldte 'standardmodel' 'færdig'. Standardmodellen er den model der for øjeblikket beskriver partikelverdenen bedst. Standardmodellen har flere udestående problemer end bare spørgsmålet om Higgs-bosonen (af nogle kaldet 'Gud-partiklen'). Det er her værd at minde om, at videnskab generelt, og fysik i særdeleshed reelt kun kan modbevise ting. Det vil sige gennem observationer kan man falsificere påstande. Naturligvis opfinder vi hele tiden forklaringer på ting, men det stærkeste udsagn man kan lave om en sådan forklaring er, at der ikke er eksperimenter forklaringen ikke dækker. Der er rent faktisk ting som standardmodellen ikke ser ud til at kunne besvare, som for eksempel mørkt stof og mørk energi. Standardmodellen inkluderer heller ikke tyngdekraften. Det sagt, så beskriver standardmodellen ekstremt godt mange andre fænomener i partikelfysikken, som for eksempel hvordan radioaktive henfald foregår, eller hvordan elektronerne vekselvirker med kernen i et atom. Standardmodellen inkluderer således både stærke og svage kernekræfter og elektromagnetiske kræfter, og beskriver også glimrende hvordan kvarker vekselvirker inde i atomkerner. Higgs-mekanismenUdover de ovenfornævnte problemer er der dog et problem som har irriteret fysikere i nogen tid, og det er, at der ikke er nogen fornuftig forklaring, eller beskrivelse om man vil, på, hvorfor partikler har inerti, eller masse om man vil. Her er tale om massen i Newtons anden lov, det vil sige den masse, der gør det svært at accelerere partikler (træghed). Det er her Higgs-bosonen kommer ind: Der ligger forslag om en mekanisme kaldet Higgs-mekanismen, der kan binde standardmodellen sammen på en smuk selvkonsistent måde, der inkluderer en forklaring på masse. Denne Higgs-mekanisme giver anledning til, at der kan dannes de såkaldte Higgs-bosoner; elementarpartikler. Hvis Higgs-bosonen observeres og har de forventede egenskaber (for eksempel at der kun er en type) vil det passe fint med denne 'simple' udvidelse af standardmodellen. LHC'en forventes at afklare dette store udestående spørgsmål, idet den kan danne meget massive partikler, og forventes at danne masser af Higgs-bosoner, uanset hvilke egenskaber de så måtte have. Higgs-bosonens opdagelse eller ej, eller opdagelsen af flere forskellige typer Higgs-bosoner vil ikke ændre det overordnede vi allerede ved om atomkerner, neutroner og protoner. Men det vil have store konsekvenser for vores dybere forståelse af, hvordan universets bestanddele vekselvirker over meget korte afstande. Videnskaben som et løgFor at forstå hvordan ny viden influerer på hvad vi allerede ved, kan det hjælpe at tænke på naturvidenskaben som en løgstruktur: Øverst har vi dagligdagen, som generelt kan beskrives med klassisk fysik (a la Newton). Nedenunder har vi medicin, hvor man mestendels også kan holde sig til det klassiske. Derefter biologien, kemien og allernederst (mindst) fysikken, og nederst (inderst) i fysikken, er partikelfysikken. Naturen er (heldigvis) indrettet sådan, at man groft sagt kan ignorere de lag, der er under og over en selv det meste af tiden. Det vil sige, at atomfysikken er påvirket af partikelfysikken, men generelt i ret ringe grad. Og kemien kræver nogen forståelse af atomfysik, men partikelfysik kan generelt helt ignoreres i kemien. Lagene afgrænser vidensfærerDenne adskillelse mellem de forskellige lag i naturen gør det muligt for os at forstå ting. Tænk bare, hvis man skulle have opdaget kvantemekaniken for at kunne bruge en hammer. Så var vi nok ikke kommet så langt. En manglende Higgs-boson, eller opdagelsen af mere end en, vil derfor være yderst interessant, og kan give vind i sejlene til en eller flere alternative udvidelser af standardmodellen. Det kan måske endda give anledning til en revision af dele af hvad den allerede beskriver. Men det forventes ikke at have umiddelbare konsekvenser for forståelsen af ydre lag af løgstrukturen, såsom strukturen af atomkerner og så fremdeles. Supersymmetriske partiklerUdover Higgs-bosonen er der store forventninger til andre ting, som LHC'en potentielt kan opdage. Som det kan ses af ovenstående, er det på ingen måde givet, præcist hvad LHC'en finder. Og jo længere man kommer op i energi, og dermed væk fra, hvad man kan forudsige fra det vi har målt indtil nu, jo mere fantasifulde bliver mulighederne. Det er for eksempel muligt, at der findes såkaldte supersymmetriske partikler. Det er partikler, der har samme egenskab som dem vi kender, med den forskel, at hvis de er bosoner (heltalligt spin), vil den supersymmetriske tvilling være en fermion (halvtalligt spin) og omvendt. Det er også muligt, at LHC'en kan fortælle os, hvorfor der ikke er antistof i universet; et andet udestående mysterium. LHC'en kan måske også opklare, om der er flere en fire dimensioner. Adskillige af de modeller, der forsøger at gå videre end vores forståelse er nået i dag, for eksempel forsøg på at lave en kvantemekanisk beskrivelse af tyngdekraften, må ofte ty til yderligere dimensioner for at fungere. Ved høje energier er det muligt at der forekommer processer, der kan give yderligere indsigt i sådanne muligheder. Sorte hullerDet er også herfra ideen om små sorte huller oprinder. I den almindelige opfattelse er et sort hul en singularitet, når der er høj nok energitæthed. Vi ved dog meget lidt om hvad det vil sige. Kvantemekanikken tillader for eksempel ikke singulariteter. Men hvis vi lader tankerne flyve lidt, og antager at et sort hul bare er et spørgsmål om energitæthed, kan man jo godt forestille sig, at et meget lille et kan dannes ved de høje energier LHC'en kører med. Der er dog ikke nogen risiko for, at de er farlige. Det simple argument herfor er, at LHC'en ikke forårsager kollisioner, der ikke forekommer i naturen i forvejen, idet vi konstant bliver bombarderet med energirige protoner fra verdensrummet. Disse kolliderer naturligvis også med hinanden, om end ikke så tit. Da sådanne kollisioner således forekommer jævnt hen over solsystemets og Jordens historie, men vi stadig er her, kan vi konkludere, at de ikke kan gøre nogen skade. Argumentet kan desuden styrkes på forskellig vis.
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
/Snegle_og_regnvejr.jpg)
/big_bang_top.jpg)
/link_ikon_r%C3%B8d.gif)
Niels Madsens profil på Swansea Universitys hjemmeside
/citat_tegn.jpg)
Når LHC'en skruer op for intensiteten og energien, vil begivenheder som den beskrevne blive hverdagskost: Man forventer op mod 1000 milliarder per år.
/tilmeld_nyhedsbrev.jpg)
/LHC-blog_2.jpg)
/LHC-blog_3.jpg)
/Elektronsky-diagram.jpg)
/1030_1117.jpg)
Abonner på denne blog/1030_2492.jpg)
/1030_2266.jpg)
/1030_2005.jpg)
/1030_1860.jpg)
/1030_1671.jpg)
|