Tegn på 'spøgelsespartikler' detekteret i acceleratoren LHC
Det er en »milepæl« i udforskningen af neutrinoer, der blandt andet kan gøre os klogere på supernovaer, forklarer lektor.
spøgelsespartikler neutrinoer kollision

Billederne til venstre viser to kollisioner fra projektet set fra siden, mens billederne til højre viser kollisionerne set fra fronten. (Foto: Henso Abreu et al./FASER Collaboration)

Billederne til venstre viser to kollisioner fra projektet set fra siden, mens billederne til højre viser kollisionerne set fra fronten. (Foto: Henso Abreu et al./FASER Collaboration)

Forskere har for nylig gjort et spektakulært fund, der bliver beskrevet som en milepæl i vores forståelse af de grundlæggende komponenter, der udgør universet.

I CERN har fysikere i partikelacceleratoren Large Hadron Collider registreret tegn på de små såkaldte ‘spøgelsespartikler’ med det mere formelle navn neutrinoer.

Det er første gang nogensinde, at man har detekteret kandidater til neutrinoer i en partikelaccelerator, og det har skabt grobund for, at man fremover kan registrere og måle neutrinoer i en hvilken som helst partikelaccelerator. 

Om LHC


Large Hadron Collider (LHC) er verdens største og mest kraftfulde accelerator. Den er tilknyttet forskningscentret CERN i Schweiz.

Large Hadron Collider sender protoner rundt i en 27 kilometer lang ringformet accelerator og undersøger, hvad der sker, når protonerne tørner sammen.

Den mest berømte og opsigtsvækkende opdagelse gjort med Large Hadron Collider (LHC) er uden tvivl Higgs-partiklen, som blev annonceret i 2012.

Forskerne er dog i gang med at planlægge, hvem der skal være LHC's arvtager. Det kan du læse mere om i artiklen »Et stort bæst«: CERN planlægger næste version af verdens største maskine.

Neutrinoer kaldes spøgelsespartikler, fordi de er berygtede for ubemærket at gå igennem alt – ligesom spøgelser.

Fysikerne har detekteret seks neutrino-interaktioner, der åbner for en ny måde at studere disse mystiske partikler. 

Det skriver University of California i en pressemeddelelse om et nyt studie, der blev publiceret i tidsskriftet Physical Review D.

»Før dette projekt har man aldrig fundet spor af neutrinoer i partikelacceleratorer,« fortæller fysiker Jonathan Feng fra University of California, som er med til at lede projektet FASER Collaboration, ifølge pressemeddelelsen. 

Studiet er derfor et stort gennembrud i forståelsen af de flygtige partikler og deres rolle i universet.

Stefania Xella er lektor i eksperimentel subatomar fysik ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet. Hun mener også, at projektet er et gennembrud inden for neutrinoforskningen.

»Det er en milepæl, fordi det jo er første gang, det er lykkedes at fange og måle høj-energiske neutrinoer i en partikelaccelerator. Dermed kan vi med høj præcision og på en kontrolleret måde studere, hvordan de interagerer med andre partikler i verden,« forklarer Stefania Xella, og fortsætter:

»Det kan blandt andet hjælpe os til at forstå supernovaer eller andre objekter i universet, som man kun kan studere ved hjælp af neutrinoer.«

Spøgelsespartiklerne er overalt

Neutrinoer har en ekstremt lille masse. De kan bevæge sig igennem alt og gør det konstant med en hastighed, der kun lige akkurat er lavere end lysets. 

Neutrinoerne er overalt og i et ufatteligt stort antal i hele universet. Faktisk passerer milliarder af neutrinoer igennem dig lige nu, men uden at det påvirker dig. 

Sådan er det faktisk også med stort set alt andet, de passerer igennem. Det betyder også, at de er enormt svære at opdage - men ikke umulige.

Det er nemlig for eksempel muligt at finde spor fra neutrinoer ved hjælp af meget sensitive fotodetektorer, der er designet til at opfange dét lys, der opstår, når en neutrino interagerer med andre partikler.

Det har eksempelvis en enorm fotodektektor på Antarktis formået at gøre. Ved hjælp af anlægget, der har det passende navn Icecube, har man målt flere neutrinoer og med endnu højere energi, end hvad CERN's egen detektor FASER kan fange. 

Forskere har dog hungret efter at kunne studere neutrinoer i partikelacceleratorer, fordi man her kan studere neutrinoer grundigere. Det kan vi takke LHC’s evne til at producere det høje antal neutrinoer ved meget høje energier for.

Vi har ifølge Stefania Xella meget at lære om disse neutrinoer - i alle de tre varianter, de kommer i.

Typer af neutrinoer


I 60’erne fandt man ud af, at der måtte være mere end én type af neutrino. Senere blev det således fastsat, at man kender til tre forskellige typer af neutrinoer: elektron-, myon- og tauneutrino.

De er alle forskellige fra hinanden, men ifølge kvanteteorien kan de tre forskellige varianter oscillere mellem hinanden - partiklerne kan skifte mellem de forskellige typer af neutrinoer.

Man spekulerer også i, om der findes en fjerde type. Det skal i så fald være en type, der ikke engang interagerer med meget svage kræfter, og som derfor bliver noget sværere at opdage. Det er dog stadig kun hypotetisk.

Kilde: ScienceAlert

»Metoden er ‘top notch’«

Fysikerne gjorde opdagelsen ud fra principperne bag såkaldt ‘nuklear fotografisk emulsion’.

Plader af metallerne bly og wolfram ligger mellem lag af emulsion, der er en meget følsom belægning. Når neutrinoer kolliderer med atomkernerne i blyet og wolframmet, laver de efterfølgende spor i lagene af emulsion. 

Det kan sammenlignes lidt med, når man fremkalder et fotografi.

Efterfølgende er det muligt for fysikerne at analysere partiklernes spor, for at finde ud af hvad der producerede dem, om det var en neutrino, og i så fald hvilken type der var tale om.

Man registrerede seks interaktioner mellem neutrinoer og emulsion, hvilket måske ikke virker til at være særlig mange, når man tænker på, hvor mange neutrinoer der er overalt. 

Ifølge Jonathan Feng, der er fysiker på University of California og en af lederne bag projektet, er opdagelsen dog stadig rigtig vigtig af to årsager.

»Først og fremmest verificerer opdagelsen, at interaktionspunktet, der blev brugt i partikelacceleratoren, er det helt rigtige til at registrere kolliderende neutrinoer. Derudover demonstrerede det også, hvor effektivt det er at bruge emulsion til at observere den her type af neutrinointeraktioner,« siger Jonathan Feng ifølge pressemeddelelsen.

Stefania Xella roser metoden bag projektet.

»Kvaliteten af metoden er ‘top notch’. CERN har generelt rigtige dygtige forskere, der er meget strenge i deres aflæsning af data, og hvis man kigger på deres udregninger, kan man kun betegne det som imponerende,« siger Stefania Xella.

Opskalering i fremtiden

Forskerne arbejder i øjeblikket på at lave et ‘detektorinstrument’, der er betydeligt mere sensitivt sammenlignet med instrumentet, der blev brugt for nylig. Det gamle instrument vejede kun 29 kilo, mens det nye kommer til at veje over et ton.

faser partikel beam collision

Billedet viser det 29 kilo tunge instrument, der registrerede tegn på neutrinoer. (Foto: Henso Abreu et al./FASER Collaboration)

Igennem historien har forskere indtil videre kun registreret 10 af de såkaldte tauneutrinoer. Fysikerne bag den nye opdagelse regner dog med, at de kan fordoble eller tredoble det antal over de næste tre år.

Annonce

Videnskab.dk Podcast

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

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om det bizarre havdyr her.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk