Antistoffets gåde er et skridt nærmere en løsning
Fysikerne ved CERN har fundet ud af, at partikler kaldet sære B-mesoner hellere vil henfalde til partikler end til antipartikler. Dette nye eksempel på, at naturen foretrækker stof frem for antistof, kan føre forskerne på sporet af en teori for alting.

De sidste dele af et modul til LHCb samles. (Foto: CERN)

De sidste dele af et modul til LHCb samles. (Foto: CERN)

Til hver en partikel hører en antipartikel. Ganske tidligt i universets historie opstod der lige så meget antistof som stof, men antistoffet forsvandt hurtigt, så universet i dag består af stof.

Det er et af fysikkens mysterier: Hvorfor foretrækker naturen tilsyneladende stof frem for antistof?

Nu er svaret på dette spørgsmål rykket en smule nærmere. Fysikere fra det europæiske forskningscenter CERN har fundet ud af, at nogle særlige subatomare partikler - sære B-mesoner - lidt oftere henfalder til stof end til antistof.

Resultatet bliver beskrevet i en videnskabelig artikel, der bliver publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters.

Den lille forskel er vigtig

Antistof-partikler er ellers magen til almindelige partikler, bare med modsat ladning. Man kan sige, at antistof blot er et spejlbillede af stof.

Men så burde stof og antistof også opføre sig på samme måde, og der burde være lige så meget stof som antistof i universet. Eller rettere: Der burde egentlig slet ikke være noget stof i universet, for når stof og antistof mødes, forsvinder begge dele, og der bliver kun energi i form af stråling tilbage.

Men åbenbart er der en subtil forskel mellem stof og antistof, for ellers ville vi ikke leve i et univers med stof. Og det er sådan en forskel, som fysikerne nu har målt. Et 'symmetri-brud', som de kalder det.

Partikler foretrækker at blive til stof

En sær B-meson består af en bottom-antikvark og en strange-kvark, og forskerne har brugt den store partikelaccelerator LHC til at skabe disse partikler og deres antipartikler.

Derefter har de målt henfaldet af dem i detektoren LHCb.

Fakta

Partikelacceleratoren LHC er ved at blive opgraderet og vil først komme op i omdrejninger igen i 2015. Det nye forskningsresultat er baseret på data fra 2011.

Målingerne viser, at partiklerne hellere vil henfalde til stof end til antistof.

Samme fænomen er tidligere blevet observeret for tre andre partikler, der også er mesoner, hvilket er betegnelsen for partikler bestående af en kvark og en antikvark.

Den svage vekselvirkning hjælper til

Det er den svage vekselvirkning eller kernekraft, der under særlige omstændigheder bevirker, at der dannes mere stof end antistof. Fysiker Niels Madsen, der er lektor ved Swansea Universitet i Storbritannien, og som har arbejdet ved CERN i årevis, forklarer:

»LHCb er i gang med er at lave præcisionsmålinger af den svage vekselvirkning ved at kigge på B-mesoner. Det generelle indtryk er, at det er den svage vekselvirkning, der har de fleste tendenser til ikke at 'makke ret' - og som er til at gå til rent eksperimentelt.«

En ny teori er nødvendig

At mesonerne hellere vil blive til stof end til antistof kan imidlertid ikke forklare, hvorfor vi i dag er omgivet af stof.

»Den præference er i overensstemmelse med den nuværende version af standardmodellen. Og den er meget langt fra at være stor nok til at forklare den totale mangel på antistof i universet.«

Resultatet kom ikke bag på fysikerne, for det passer sådan set meget godt ind i deres bedste model for elementarpartikler og vekselvirkningerne mellem dem, den såkaldte standardmodel.

Men forskerne håber på, at de ved at analysere alle de nye data meget nøje kan komme på sporet af en ny teori for alting.

»I forhold til at finde løsninger på standardmodellens problemer er LHCb's arbejde utroligt vigtigt,« siger Niels Madsen. »Det er her, man har den største chance for at finde ny fysik.«

Først forudsagt, så fundet

I 1928 ville den geniale engelske fysiker Paul Dirac kombinere det 20. århundredes to store fysikteorier, nemlig kvantemekanikken og relativitetsteorien.

I den forbindelse fandt han frem til, at der til enhver partikel måtte høre en antipartikel, altså en partikel med samme masse, men modsat elektrisk ladning.

Positronen blev fundet i 1932

Det var en påstand, som var svær at tage for gode varer, for sådanne antipartikler var aldrig blevet observeret. Men det ændrede sig i 1932, hvor den amerikanske fysiker Carl Anderson opdagede spor efter en hidtil ukendt partikel i sit tågekammer.

Partiklerne fra rummet havde præcis samme masse som elektronen, men en positiv frem for negativ ladning. Elektronens antipartikel fik navnet positronen.

Senere er andre antipartikler dukket op, for de kan skabes, når kosmisk stråling vekselvirker med molekyler i atmosfæren, eller når almindelige partikler kolliderer i en partikelaccelerator.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.