Næste partikeljagt: Er universet supersymmetrisk?
Higgs-partiklen er fundet. Men snart starter en søgen efter en hel sværm af nye partikler – elementære små partikler, som kan vise, om universet er supersymmetrisk.

Higgs-partiklen spiller en helt central rolle i universet, fordi den indirekte er ansvarlig for, at elementærpartiklerne får masse. (Foto: CERN)

Higgs-partiklen spiller en helt central rolle i universet, fordi den indirekte er ansvarlig for, at elementærpartiklerne får masse. (Foto: CERN)

Da den berømte Higgs-partikel omsider materialiserede sig i 2012, føltes det som om, de sidste store brikker i puslespillet så småt var faldet på plads: Alle partiklerne i vores model over verdensrummet var dukket op.

Med andre ord – vi havde fundet alle de Lego-klodser, som forskerne mener, vi behøver for at lave den kendte del af vores univers med kræfter, stoffer og hele molevitten.

Men så kan det altså være, at der er mere. Meget mere.

Mange fysikere mener nemlig, at vi kun har fundet den ene ud af to af sådanne elementære partikler.

Når partikelacceleratoren LHC i CERN startes op igen i slutningen af 2014, er der håb om at opdage den anden.

Denne kæmpemaskine skal i teorien kunne skabe sådanne nye partikler. Og det kan så igen bekræfte nogle fysikeres mistanke, om at universet er supersymmetrisk.

Men hvad betyder det?

En terning og en cirkel er på en måde ens

»Det simpleste eksempel på symmetri er en kugle,« forklarer professor Are Raklev ved Fysisk institut ved Universitetet i Oslo. Han starter fra bunden:

»En kugle er ens uanset, hvordan du vender og drejer den.«

Kuglen er rotationssymmetrisk: Du kan dreje på den og få den samme figur igen.

Men kuglesymmetrien er bare et eksempel på symmetrier i naturen.

Et andet er terningesymmetri. En terning ser jo ikke ens ud lige meget, hvordan du drejer den, men hvis du vender den nøjagtig 90 grader, får du samme billede, som da du startede. Den har altså samme rotationssymmetri.

»Fysikerne siger – temmelig intuitivt – at terningesymmetrien er større end kuglens symmetri. Fordi det kræver flere matematiske udregninger at beskrive den.«

Men der findes mange flere og meget større symmetrier end terningens rotationssymmetri, fortæller Raklev.

Einsteins symmetri har måske mere kompliceret symmetri bag

For eksempel er der en stor teori knyttet til Einsteins specielle relativitetsteori og lyshastigheden: Fysikken skal være sådan, lige meget hvor den finder sted og med hvilken hastighed.

Og denne symmetri kan udvides, så den bliver endnu større, fortæller Raklev:

»Forestil dig, at du betragter noget, du tror, er en kugle, som ser ud til at have en simpel symmetri. Så bemærker du, at overfladen egentlig er en masse bittesmå flader, der danner noget, som næsten er en kugle, men med en meget mere kompliceret teori.«

»På samme måde prøver vi at undersøge, om Einsteins specielle relativitetsteori egentlig har en større og mere kompliceret symmetri bag sig.«

Kuglen har rotationssymmetri - uanset hvordan du drejer på den, ser den ens ud (Foto: Colourbox)

»Og den størst mulige udvidelse af en sådan symmetri kaldes for supersymmetri.«

Higgs burde veje meget mere

Okay. Vores univers kan altså være supersymmetrisk. Men hvad så?

»Det er der nogle fysikere, der synes vældig godt om,« siger Are Raklev.

Hvis vores univers er supersymmetrisk, har det nemlig nogle helt særligt egenskaber, som kan give en forklaring på nogle af fysikkens uløste gåder.

Det tilbyder en løsning på, hvorfor Higgs-partiklens masse er så lille - partiklen burde veje en million milliarder gange mere, end den gør.

Desuden kan supersymmetri forene flere af de fundamentale kræfter i universet.

Men det sjoveste er måske det førnævnte ekstra sæt af partikler.

Mørkt stof må være her

Hvis universet er supersymmetrisk, burde alle de kendte partikler nemlig have en skyggepartner, en associeret, meget tungere partikel. Da universet var ungt og fuldt af energi, blev der skabt lige så mange skyggepartikler som almindelig partikler. 

Og den letteste af disse partikler kan passe perfekt ind i signalementet af en eftersøgt størrelse i nutidens rum: mørkt stof.

Mørkt stof er et materiale, som ingen hverken har set eller observeret direkte. Der er alligevel gode argumenter for at tro, at det må være her – omkring os på alle kanter. Ellers hænger verden nemlig ikke sammen. 

Snurrer for hurtigt

Målinger har vist, at galakserne i verdensrummet ikke indeholder nok stof til at bevare formen.

Forskerne har målt massen af stjerner, planeter og alt det andet synlige stof i galakserne. Det er tyngdekraften mellem alt dette stof, der holder galaksen sammen.

Men galakserne snurrer også rundt som karruseller.

Det betyder at stjernerne og det andet stof bliver slynget udad. Og når forskerne sammenligner massen i galakserne med farten de drejer rundt, går regnestykket ikke op. Der er ikke nok masse til at holde galakserne samlet, og de yderste stjerner burde blive kastet ud i rummet.

Men det gør de ikke. Derfor tror forskerne, at galakserne kan være fyldt af det usynlige stof, som kun har en mærkbar egenskab: tyngde.

Dette mørke stof sørger for, at galakserne får nok masse til at hænge sammen. 

Kun en supersymmetri-partikel igen

Målinger i verdensrummet tyder på, at dette mystiske stof faktisk findes omkring os. Men hvad er det lavet af?

Der må være tale om en ukendt partikel. Og det er altså her, de ekstra partikler i supersymmetrien kommer ind i billedet.

I 2012 blev Higgs-partiklens eksistens bekræftet i et eksperiment i partikkelacceleratoren ved CERN-laboratoriet uden for Genève. (Foto: CERN)

»Den letteste supersymmetri-partiklen er nemlig en god kandidat til mørkt stof,« siger Are Raklev.

Denne partikel vil desuden være den eneste supersymmetri-partikel, der er tilbage i universet.

»Sådanne tunge supersymmetri-partikler vil være ustabile, forklarer Are Raklev.

Når energien i verdensrummet daler med tiden, vil sådanne partikler henfalde – de vil gå i stykker og blive til lettere partikler. Til sidst vil alle sammen være blevet til den letteste slags, altså partiklen vi mistænker for at være mørkt stof.

Men alt dette er jo egentlig bare hypoteser og spekulationer. For indtil videre er det ikke lykkedes forskerne at finde en eneste supersymmetri-partiklerne. Selv ikke i den store maskine, hvor det rent faktisk er muligt at finde sådanne: partikelacceleratoren LHC ved CERN.

Ingen partikler er dukket op

I LHC kan man lave partikler af enorme mængder energi. Forskerne har skabt alle de partikler, vi kender i universet her, og senest altså den berømte higgs-partikel. Men der er endnu ikke nogen af forsøgene, der har resulteret i supersymmetri-partikler.

»Vi burde egentlig have fundet nogle allerede,« siger Are Raklev.

Men selv med LHC på maksimal styrke er der ikke dukket noget op. Det kan betyde, at supersymmetri-partiklerne er tungere end ventet. Eller at de slet ikke findes.

»Det begynder at blive en ubekvem situation for forskerne nu,« siger professoren, som selv arbejder med supersymmetri.

»Det bliver spændende at se, hvad der sker, når LHC starter igen.«

Kan aldrig modbevises

Den enorme accelerator er i øjeblikket nede på grund af eftersyn og opgraderinger. Når den starter igen i slutningen af 2014, kan den køre med endnu større energiniveauer.

Måske finder de noget til den tid. Eller måske ikke. Problemet er, at det ikke nødvendigvis er muligt at opdage de supersymmetriske partikler, selvom de skulle findes.

»Hvis de er meget tunge, vil vi ikke være i stand til at fremstille dem,« siger Are Raklev.

»Det var nemmere, da man ledte efter higgs-partiklen. Der var der nemlig en øvre grænse for, hvor tung partiklen kunne være. Hvis ikke vi fandt den før det, kunne vi konkludere, at den ikke eksisterer.

Men der er ikke en lignende grænse for de nye partikler. Dermed kan vi heller aldrig modbevise dem – de kan altid være tungere. Men hvis der ikke dukker noget op ved LHC inden for de næste år, vil interessen nok lige så stille stilne af.

»Nogle vil nok altid fortsætte med at lede efter supersymmetri-partiklerne. Men der bliver sandsynligvis færre fysikere, der arbejder med det så,« spår Are Raklev og spøger:

»Så bliver jeg nok nødt til at se mig om efter et andet job.«

© forskning.no Oversat af Anna Bestle

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

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 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.