Hvorfor blæste det, da du gik ud ad døren? Hvorfor duftede regnen, da den ramte dig i ansigtet?
Svaret findes i standardmodellen; den fysiske model, der giver os forklaringen på den fysiske verden og alle dens love. Hvis ikke standardmodellen holdt orden på verden, ville alt være kaos.
Nu udfordrer en ny observation, der netop er publiceret i tidsskriftet Science, den ellers fundamentale model. Nye analyser af en elementarpartikel kaldet W-boson indikerer nemlig med hidtil uset præcision, at partiklens masse er større end antaget i standardmodellen.
W-bosonen er en meget vigtig partikel for universets sammenhæng, da den sammen med to andre partikler er skyld i den svage kernekraft. Den er derfor også årsag til radioaktive processer som fission og fusion (se mere i faktaboksen).
\ Hvad er W-boson for en fætter?
W-bosonens eksistens blev forudset i 1960’erne, men den blev først bekræftet i de tidlige 1980’ere.
W-bosonen er en meget vigtig partikel for universets sammenhæng. Elementarpartiklen er dermed også en helt fundamental byggeklods for standardmodellen.
Partiklen er desuden en såkaldt kraftbærende partikel, da den sammen med to andre partikler er skyld i den svage kernekraft.
W-bosonen spiller derfor også en helt afgørende rolle for grundlæggende fysiske fænomener som de radioaktive processer fission og fusion.
Når en måling går imod standardmodellen, er effekten typisk ikke isoleret. Afvigelsen vil skabe en dominoeffekt af nye forklaringer.
Observationer, der afviger fra modellen, vil derfor i sidste ende give os helt spektakulær ny viden om grundlæggende fysik.
»Fundet kan være et hint om en ny og ukendt naturkraft, forudsat at observationen bliver uafhængigt bekræftet af andre eksperimenter,« lyder det fra Mads Toudal Frandsen, der er lektor i fysik på Syddansk Universitet og forskningscentret CP3-Origins, hvor der forskes i partikelfysik og kosmologi.
I princippet en kæmpe opdagelse
I dag ved vi, at de fire fundamentale naturkræfter, der står bag alle vekselvirkninger i universet, er tyngdekraften, den svage kernekraft, elektromagnetismen og den stærke kernekraft.
Så det ville selvfølgelig være helt vildt med en ny naturkraft.
Men – og det er et vigtigt men – først skal det slås fast, at den nye præcise måling af W-bosonens masse faktisk holder vand. Og det er vi slet ikke sikre på endnu.
»Det er i princippet en kæmpe opdagelse. Hvis det står til troende,« påpeger Mads Toudal Frandsen.
Ekstraordinære påstande og -beviser
Den nye observation af W-bosonens masse er dobbelt så præcis som den bedste måling, der var lavet tidligere.
Analyserne, der i øvrigt er en genanalyse af et 10 år gammelt eksperiment fra den amerikanske Tevatron-partikelaccelerator i Chicago, er gennemført af en bataljon af 400 forskere fra hele kloden.
Målingerne er med andre ord det bedste bud, vi har på, hvor stor W-bosonens masse er.
\ Hvordan måler man W-bosonens masse?
For at lave målinger på en W-boson skal man bruge en partikelaccelerator, der banker protoner og antiprotoner sammen ved meget høj energi.
Helt ligesom man kender fra eksperimenter med den mere berømte Higgs-partikel.
Når protoner og antiprotoner bankes sammen, skabes der W-bosoner. Men W-bosonen er – ligesom Higgs-partiklen – en ustabil partikel, der med det samme henfalder til elektroner, myoner og andet stof.
Derfor kan man aldrig nå at se W-bosonen og måle direkte på den. Og derfor skal forskere rekonstruere W-bosonen ud fra de forskellige stoffer, der produceres fra partiklens henfald.
Udfordringen ligger i, hvordan man isolerer stoffer, der stammer fra W-bosonen fra alle mulige andre stoffer, der produceres af alle mulige andre partikler.
Selvom det lyder svært, har fysikere årtiers erfaring med at genskabe W-bosonen. Så eksperimentet er ikke ualmindeligt.
Men ‘ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser’, som man siger i videnskaben.
»Det er sådan i fysikken, at vi altid insisterer på, at der skal være mindst to uafhængige forskergrupper, der finder de samme resultater. Ikke mindst når vi taler om store og nye opdagelser,« forklarer Mads Toudal Frandsen.
Selvom forskernes opsigtsvækkende måling af W-bosonens masse ser ud til at være den hidtil mest præcise, kan vi ikke være sikre på, at der er sket nogle systematiske fejl i deres arbejde. Eksempelvis kan deres måleudstyr have målt forkert helt fra begyndelsen.
»I princippet kunne de godt have målt forkert. Så det skal bekræftes af andre. Det kunne væres hos CERN, hvor LHC (Large Hadron Collider partikelacceleratoren, red.) har endnu mere data om W-bosonen,« påpeger Mads Toudal Frandsen.
Kan åbne nye døre i fysikken
Men hvis de nu har målt rigtigt, og W-bosonens masse er større end angivet i standardmodellen… ja, hvad så?
Opdagelsen vil selvfølgelig ikke påvirke din hverdag direkte. En ny fysisk opdagelse kan ikke ophæve tyngdekraften.
Men viser det sig, at være partiklerne fra en ny naturkraft, der er skyld i W-bosonens afvigelse fra standardmodellen, vil det åbne helt nye døre i fysikken.
»Så skal vi til at forstå, hvorfor vi ikke har set partiklen, der giver den her effekt, før. Hvorfor er partiklen ikke observeret? Hvilke egenskaber er skyld i det?« funderer Mads Toudal Frandsen.
Opdagelsen – hvis det kommer så vidt – ville sandsynligvis også kunne forklare noget af den grundlæggende fysik, som stadig er et mysterium for os.
»Der er en lang liste af problemer, som standardmodellen ikke kan forklare,« siger Mads Toudal Frandsen og opremser:
»Vi forstår ikke, hvordan neutrinoer (en superlet elementarpartikel uden elektrisk ladning, red.) har fået sin masse. Hvad mørkt stof er. Hvorfor der er flere partikler end anti-partikler i universet«.
Hvilket mysterium en eventuel ukendt naturkraft kan løse med størst sandsynlighed er dog for nuværende umuligt at svare på.
