Nobelprisvindere forventer flere store gennembrud i fysik

Kaster man et blik rundt i det stopfyldte konferencelokale 'Inselhalle' i den smukke sydtyske by Lindau, får man øje på intet mindre end 25 nobelpristagere i fysik. Vi befinder os på det prestigefyldte Lindau Nobel Laureate Meeting, hvor 500 af verdens dygtigste unge fysikere møder nobelprisvindere inden for faget for at diskutere fysikkens pt. største landvindinger og udfordringer.

En af de unge forskere er Alexandra Boltasseva, der er ansat som adjunkt på Danmarks Tekniske Universitet.

»Til dagligt er jeg opslugt af mit eget snævre fagområde. Men mødet her giver mig horisont. Jeg får et fantastisk godt overblik over, hvilke store uløste problemer, som fysikerne kæmper med lige nu,« siger Alexandra Boltasseva.

Nyt fundament

Man behøver ikke at snakke med nobelprisvinderne ret længe for at få en fornemmelse af, hvad forskerne for øjeblikket går og tumler med. Er det muligt at lave en 'Teori om Alting'? Hvad er det, der giver stof masse? Og hvad er det for fysiske processer, der ligger til grund for levende cellers funktion? Ingen kender endnu svarene, men fysikerne gør alt, hvad der står i deres magt, for at finde dem.

Den største hurdle er uden tvivl den stærkt savnede Teori om Alting - det mener professor Dr. William D. Phillips fra USA, der fik Nobelprisen i fysik i 1997. Han deltager også på mødet, men river gerne en halv time ud af dagens program til et interview.

»Så længe vi ikke har en forenet teori, er vi ude af stand til at beskrive hvordan universet har udviklet sig siden Big Bang, og det er jo et spørgsmål, som er helt grundlæggende, som vores nysgerrighed ganske enkelt kræver at få svar på. En sådan teori vil lægge et helt nyt fundament under fysikken, og den vil kunne forudsige fænomener og ting, som de eksisterende teorier ikke kan,« siger han.

Hidtil har det ikke gjort noget, at relativitetsteorien og kvantemekanikken er to uforenelige størrelser, forklarer han. For de fleste af de fænomener, som findes i naturen og universet, kan fint beskrives med den ene af teorierne alene. Det virker nærmest, som om kvantemekanikken og relativitetsteorien deler fysikken i to dele, der lever hver deres liv - de behøver ikke at bekymre sig synderligt om hinanden. Og det har hidtil været acceptabelt. Men det er det ikke længere.

Teorien om Alting

Fænomener på atomart niveau kan i det store hele beskrives med kvantemekanik. Og ting, der foregår på storskala som i universet, kan forskerne i de fleste tilfælde redegøre for med Einsteins relativitetsteori. Men ingen af strategierne duer, når man forsøger at nærme sig ekstreme fænomener som eksempelvis Big Bang eller et sort hul. Her bidrager kvantemekaniske og relativistiske effekter nemlig lige meget.

Problemet er, at det ikke kan lade sig gøre at bruge de to teorier samtidigt. Relativitetsteorien beskriver, hvordan tilstedeværelsen af en stor mængde stof får rummet til at krumme - men kvantemekanikken forudsætter, at rummet ikke krummer for at kunne bruges. Og det er en modstrid.

»De to teorier er uforenelige. Så man bliver nødt til at justere én af dem eller dem begge før det kan lade sig gøre at samle dem i én teori. Min fornemmelse er, at kvantemekanikken i det store og hele er ok, mens relativitetsteorien ikke er god nok. Men om det rent faktisk forholder sig sådan, må vi teste med eksperimenter,« siger professor Dr. William D. Phillips.

Relativitetsteorien skal testes

Einsteins relativitetsteori er hidtil ikke blevet testet i særlig stor detalje. Foreløbig har man kun afprøvet relativitetsteorien ved hjælp af såkaldte atomure, der er baseret på atomare fænomener. Atomurene er nogle af de mest præcise ure, der overhovedet findes, alligevel er de ikke præcise nok til at teste relativitetsteorien med den detaljegrad, som man ønsker.

Men nu er der håb forude, for i 1997 fik professor Dr. Phillips Nobelprisen for at have udviklet en metode til at afkøle atomerne til det absolutte minimum på minus 273 grader celcius. Så snart atomerne ligger bomstille, går atomurene helt præcist, og derfor kan de bruges til at teste relativitetsteorien med uhyre stor præcision. Lige nu finder det sted med den såkaldte Probe B-satellit. Forskerne holder vejret, for de kommende års resultater vil vise, om relativitetsteori er god nok som den er, eller om den skal justeres.

»Mine laserkølede atomer kan altså være med til at afprøve, om relativitetsteorien holder,« siger William D. Phillips og smiler.

Kvantecomputer på vej

Men de laserkølede atomer kan ikke bare bruges til grundforskning. De kan også hurtigt vise sig at kunne føre til udviklingen af banebrydende ny teknologi. De gør det muligt at studere de såkaldte Bose Einstein-kondensater, der består af ansamlinger af atomer eller ioner, som man laserkøler ned til det absolutte minimum.

Forskerne mener, at de igennem studier af Bose Einstein-kondensater kan studere de særlige kvantemekaniske effekter, der opstår, når mange partikler vekselvirker med hinanden, som eksempelvis i en gassky. Håbet er, at den viden vil gøre det muligt for forskerne at udvikle en såkaldt kvantecomputer. En kvantecomputer vil være et stort teknologisk gennembrud, for den vil kunne løse uhyre komplicerede opgaver, der langt overgår de miniatureproblemer, som computere er i stand til at løse i dag.

Udviklingen inden for kvanteteorien er et eksempel på, at fysikken lige nu hopper et niveau op i kompleksitetsniveau. Igennem de sidste 50 år har forskerne splittet alting op i elementarpartikler og studeret deres opførsel hver for sig til mindste detalje. Dem har fysikerne nu langt hen ad vejen fået styr på. Derfor løfter de sig op til næste trin på rangstigen og studere sammensatte systemer med mange partikler.

Jagten på Higgs

Den eneste disciplin i fysikkens verden, hvor forskerne stadig splitter i stedet for at samle, er i deres søgen efter en forklaring på hvorfor ting overhovedet vejer noget - altså hvad det er, der giver stof masse.

Den såkaldte Standardmodel, der er grundlaget for hele partikelfysikken, forudsiger, at masse skabes af den såkaldte Higgs-partikel. Den partikel har fysikerne imidlertid endnu ikke fundet. Og så længe forskerne ikke har observeret den, mangler de en vigtig brik i Standardmodellen, som derfor er en ufuldstændig teori.

Standardmodellen er noget, som Professor Dr. John L. Hall er stærkt optaget af. Han fik Nobelprisen i fysik i 2005.

»Lige nu hviler alle fysiker-øjne på den såkaldte Large Hadron Collider på Cern - for de eksperimenter, der kommer til at løbe af stablen her, er skræddersyet til at finde Higgs. Hvis vi fanger Higgs, vil vi også kunne finde ud af hvad det mystiske mørke stof og den mørke energi er, som dominerer og gennemsyrer hele universet,« siger han.

LHC'en skulle ifølge planen begynde at måle i år. Rigtig dataindsamling begynder formentlig først til næste år, og forskerne regner med, at de første resultater begynder at tikke ind fra nytår næste år.

Vejen til ny medicin

Sidste års nobelprisvinder i fysik, Professor Dr. Peter Grünberg er enig i, at jagten på Higgs-partiklen er et vigtigt skridt i fysikken. Men han udpeger også et tredje centralt omdrejningspunkt, nemlig forståelsen af hvordan levende celler fungerer - den såkaldte biofysik. Blandt andet lægemiddelindustrien sukker efter at få et dybere indblik i cellernes funktion. For ved hjælp af den viden vil det formentlig kunne lade sig gøre at udvikle helt nye former for medicin, der er mere målrettede mod bestemte celletyper eller områder i kroppen, og som derfor også vil give færre bivirkninger.

»Jeg ser med glæde at bio-fysikområdet er i stærk udvikling. Det kan nemlig føre til helt nye lægemidler, som vi hidtil har været afskåret fra at kunne lave. Udviklingen inden for biofysikken kan redde masser af menneskeliv,« siger han.