Findes supersymmetri? Spørgsmålet er enkelt, men svaret kender ingen. Endnu.
Teorien om supersymmetri er en måde at forklare nogle af de problemer, som fysikernes nuværende model for elementarpartikler, standardmodellen, har. Det gælder for eksempel, hvorfor Higgs-partiklens masse er så lille, partiklen burde veje en million milliarder gange mere, end den gør.
Men selvom supersymmetri løser nogle grundlæggende problemer med vores forståelse af partikelfysik, er den også problematisk. Blandt andet fordi ingen af de ’superpartnere’, som alle elementarpartikler ifølge teorien skal have, er fundet endnu.
Derfor ved ingen på nuværende tidspunkt, om supersymmetri faktisk eksisterer, eller om det bare er en smuk drøm.
Selv fysikerne er delt i to lejre, og det har affødt et væddemål, som har løbet i 16 år, og som ganske snart udløber. Sommeren 2016 bliver det afgjort, om det bliver ja- eller nej-siden, der får ret: Finder fysikerne ved CERN en supersymmetrisk partikel, inden væddemålet udløber?
Supersymmetrien er smuk, men ufatteligt kompliceret
Væddemålet opstod på en konference på Niels Bohr Instituttet under Københavns Universitet i 2000. Det var tydeligt, at folk på konferencen var meget opdelte i spørgsmålet om supersymmetri, fortæller fysiker Poul Henrik Damgaard, som var til stede på konferencen.
Det affødte et ganske formaliseret væddemål, som i første omgang var sat til at løbe over en tiårig periode. Fysikerne fordelte sig stort set 50/50. Hvad der blev sat på spil? Det løfter vi sløret for lidt senere.
Poul Henrik Damgaard arbejder selv med elementarpartikelfysik på Niels Bohr Institutet og havde netop på daværende tidspunkt besluttet sig for at sætte sig ind i den omdiskuterede teori.
»Lige omkring det møde havde jeg besluttet, at jeg ville lære mig selv, hvordan den supersymmetriske generalisering af standardmodellen ser ud. Jeg begyndte at undervise i det, for det er den bedste måde at lære det på, og dér så jeg, hvor smuk, men også hvor ufatteligt kompliceret, den er.«
»Jeg endte selv med at stemme nej, fordi jeg simpelthen ikke syntes, det pegede i den retning.«
Fugl tabte (måske) baguette ned i partikelacceleratoren
\ Fakta
Standardmodellen er en teori for stoffets mest elementære bestanddele. Disse indbefatter tre generationer af elementarpartikler, hvor den første generation er bestanddelene af normalt stof. Der er to kvarker (u og d), en elektron (e) og en neutrino (ν). De næste to generationer er ustabile, tungere versioner af den første generation. Hertil kommer gauge bosonerne, der formidler kræfterne mellem partiklerne. Gluonen (g) formidler den stærke kernekraft mellem kvarkerne. Fotonen (γ) formidler de elektromagnetiske kræfter mellem de elektrisk ladede partikler. De tre tunge bosoner (W+, W- og Z) formidler den svage kernekraft. Endeligt giver Higgs-partiklen masse til alle de andre partikler. Supersymmetri er et matematisk begreb, der knytter sig til en klasse af fysiske teorier for elementarpartikler, og som er baseret på kvantefeltteorier eller strengteori. Ved supersymmetri optræder bosoner (kraftpartikler) og fermioner (stofpartikler) altid parvis. For eksempel må elektroner, som er fermioner, derfor efter teorien have en boson-partner; den kaldes en selektron. Hverken selektronen eller andre supersymmetriske partnere er observeret i naturen. Hvis de findes, må de være meget tungere end deres kendte medlemmer. På trods af de manglende observationer forventer mange fysikere, at supersymmetri forekommer ved energier, der er højere end dem, der hidtil er frembragt i partikelacceleratorer. Kilder: Niels Bohr Institutet og Den Store Danske
Da væddemålet udløb i 2010, var supersymmetri som bekendt ikke påvist. Faktisk var CERNs gigantiske partikelaccelerator Large Hadron Collider (LHC), hvor fysikerne skulle i gang med at smadre partikler imod hinanden blandt andet for et lede efter den berømte Higgs-partikel, og med tiden også supersymmetri, kun lige startet op.
LÆS OGSÅ: Higgs-partiklen fundet med 99,99 procents sikkerhed
Derfor besluttede forskerne at forlænge væddemålet med seks år, til sommeren 2016.
»LHC havde forskellige opstartsvanskeligheder. Der var blandt andet en strømstation, der brød sammen, fund af fjer og brødkrummer på stedet gav anledning til en sjov historie om en fugl, der skulle have tabt en baguette, og nogle magneter, der ikke virkede. Der var mange problemer, så derfor forlængede vi væddemålet,« siger Poul Henrik Damgaard.
Da han bliver spurgt, hvorfor de ikke bare forlængede væddemålet med yderligere 10 år, svarer han hurtigt:
»Folk skulle jo helst være i live!«
I den opdaterede udgave fik de implicerede endda lov til at skifte side, hvis de havde ændret mening, siden væddemålet blev søsat. Poul Henrik Damgaard havde forventet, at folk ville flokkes over til nej-siden, men det var slet ikke tilfældet. Faktisk skiftede kun to fra ja til nej.
Den endelige fordeling landede på nøjagtig halvdelen, 14, på hver side. Tre afholdt sig fra at stemme. Én forsker stemte både ja og nej, og en anden, en nej-stemmer, fik tilføjet, at han mente, at begge sider ville påstå, at de havde vundet.
»Supersymmetri kaster utroligt mange nye ubekendte ind i ligningen«
Teorien om supersymmetri forudsiger, at alle elementarpartikler skal have en partner, en såkaldt 'superpartner'. De to partnere indgår i teorierne på en måde, som løser nogle meget grundlæggende problemer med vores forståelse af partikelfysik. Problemer som har givet teoretikerne grå hår i hovedet et halvt århundrede.
Hvis man spørger supersymmetri, skal standardmodellen med andre ord fordobles, og så vil andre teorier, som eksempelvis strengteori, også kunne eksistere.
Men indtil videre har fysikerne ved CERN, hvor man lige nu leder efter de supersymmetriske partikler, altså ikke fundet en eneste af slagsen.
»Ingen af partiklerne passer ind i teorien. Tanken om supersymmetri kaster utroligt mange nye ubekendte ind i ligningen,« siger Poul Henrik Damgaard.
Fremtrædende fysiker lobbyede for at stemme ja
En af de forskere, der talte aller varmest for et ja til konferencen for snart 16 år siden, er den fremtrædende fysiker Nima Arkani-Hamed, som arbejder ved Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey. Han har tidligere været ansat som professor ved Harvard University og University of California, Berkeley.
Nima Arkani-Hamed arbejder selv med en teori ved navn 'split-supersymmetri', der, som det fremgår af navnet, er afhængig af, at supersymmetri eksisterer. Derfor giver det måske mening, at Nima ved både første og anden møde lobbyede for, at folk skulle stemme ja.
Det var blandt andet grunden til, at den danske forsker Emil Bjerrum-Bohr endte med at stemme ja, da væddemålet blev forlænget i 2010. Han var ikke med i det oprindelige væddemål, men 'fik lov' til at deltage i anden omgang.
»En del af det var sådan en ophøjet stemning, hvor blandt andre Nima lobbyede meget stærkt for, at man skulle stemme ja. Det var ikke så sort/hvidt for mit eget vedkommende, og når man så skal vælge en af to muligheder, ja, så havner man jo med den ene,« siger lektor Emil Bjerrum Bohr, som arbejder med teoretisk partikelfysik og kosmologi på Niels Bohr Institutet.
Nej-siden vinder nok - på den korte bane
Med fem måneder tilbage at løbe på tror hverken Poul Henrik Damgaard eller Emil Bjerrum-Bohr længere på, at ja-siden har særlig gode odds for at vinde. Men de er begge tilbøjelige til at tro, at supersymmetri kan ligge et sted længere ude i fremtiden.
»Alle forsøg på at finde supersymmetri har indtil videre kun ført til udelukkelse, og hver dag rykker skæringsdatoen tættere på, så det peger jo i den retning. Jeg er sikker på, at det er der, den lander til sommer,« siger Poul Henrik Damgaard.
»Men vi ved jo også, at standardmodellen ikke er det endelige svar. Der kan sagtens ligger supersymmetri længere ude og i en anden kontekst, hvor det ikke er så kompliceret, på en måde, som vi endnu ikke har forestillet os,« tilføjer han.
Emil Bjerrum Bohr er enig:
»Som det ser ud lige nu, tror jeg, vi er for tæt på udløbsdatoen, til at det kan lykkes, men hvis man havde et par år mere, mener jeg stadig ikke, det er udelukket. Men måske vil det kræve højere energiniveauer, end dem de har til rådighed på CERN.«
Supersymmetri løser problemer - og skaber nye
Skulle supersymmetri vise sig at eksistere, vil det løse mange af fysikkens problemer. Men det vil også skabe en række nye.
»Det vil gøre en hel del teorier nemmere,« siger Emil Bjerrum Bohr, »men der er samtidig en hel masse parametre, man så skal til at søge efter. Man kan måske snarere kalde det et nyt kapitel end et svar.«
Supersymmetri kan eksempelvis være med til at afhjælpe nogle skalaproblemer i standardmodellen for energitætheden i vakuum, fortæller Emil Bjerrum Bohr.
»Man vil gerne forstå nogle af paradokserne i standardmodellen, og de kunne forklares med supersymmetri. Men der ér måder, man kan omgå det uden supersymmetri, så det er ikke på den måde nødvendigt, at vi finder det.«
Hvad er der på spil? Dyr cognac!
Selvom Emil Bjerrum Bohr og Poul Henrik Damgaard kæmper på hver sin side i kampen om supersymmetri frem til sommer, er de begge enige i, at det ville være »smukt«, hvis supersymmetri fandtes. Et udtryk man bruger inden for fysikken, når en teori er særlig god til at forklare mange ting på én gang og samtidig så enkel som mulig.
»Det vil være enormt smukt, hvis naturen er ordnet sådan, at de fundamentale partikler, fermioner og bosoner, har egenskaber, som gør, at når man når op på de ekstremt høje energier, så er de tilstede i hinandens spejlbillede,« forklarer Emil Bjerrum Bohr og fortsætter:
»Et eller andet sted har jeg nok en forventning om, at det findes. Men jeg har ikke andet at holde det op på, end at det er smukt at tænke, at det forholder sig sådan. Som fysiker forholder man sig til virkeligheden, men man forsøger også at tænke på, hvordan tingene kunne være pænere, og der er supersymmetrien en meget elegant måde at løse nogle af fysikkens problematikker.«
Hos Poul Henrik Damgaard går kærligheden til teorien dog hånd i hånd med en afsky. Som fysiker kan man ikke andet end både elske og hade den på samme tid, mener han.
»Standardmodellen, som den er nu, er smuk og enkel og kompakt. Med supersymmetrien vil den eksplodere i flere parametre,« fortæller Poul Henrik Damgaard og slutter:
»Supersymmetri er vanvittigt smukt. Det er svært at forklare. Alting virker bare så 'rigtigt', som om et sådant princip burde blive brugt i vores univers. Jeg elsker supersymmetri som koncept, men den er ubehageligt kompliceret på elementarpartikelniveau.«
Væddemålet om supersymmetri udløber 16. juni 2016 kl. 18. Hvad der er på spil? Alle taberne skal give en flaske cognac til mindst 100 dollar pr. mand.
