ANNONSE

VITENSKAP

Livets lego

Tekst: Bjørn Hugo Pettersen

Publisert: 01.03.2014

PROTONKOLLISJON: Higgs-partikkelen ble oppdaget i forbindelse med et eksperiment ved CERNs Large ­Hadron Collider i fjor. To protoner ble sendt mot hverandre for å kollidere, nesten i lysets hastighet. I en brøkdel av et brøkdels sekund oppsto Higgs-bosonet før det endret form igjen. Dataillustrasjonen viser en mulig signatur av Higgs-partikkelen. (FOTO: CERN)

Vi og alt rundt oss er bygget opp av atomer. 
Men hva er atomene bygget opp av? Forskerne avslører de supersmå partiklene bit for bit.

Partikkelfysiker Bjørn Hallvard Samset har tatt et dypdykk ned i det han kaller «de hemmelige partiklene» i en fersk bok med nettopp den tittelen.

Her forklarer han på en relativt lettfattelig måte hvordan verden er skrudd sammen, men understreker samtidig at det fortsatt er mange mysterier igjen å løse.

Mørke deler

For å ta mysteriene først: Ifølge astrofysikere består universet av 4,9 prosent «vanlig materie». Det vil si mennesker, dyr, planter, planeter, stjerner, luft, vann, jord, ild, lys og andre faste, flytende og flyktige stoffer. Ellers har universet mørk materie (26,8 prosent) og mørk energi (68,3 prosent).

I dag finnes det bare teorier om hva disse mørke delene av verdensrommet er.

– Det forskes veldig mye på mørk materie, og jeg tror det blir kartlagt innen fem til ti år. Når det gjelder mørk energi, er forskningen fortsatt på tynn is, men jeg tror vi finner ut av hva det er i løpet av 20-30 år, konkluderer Samset.

Han legger til at den mørke materien må bestå av én eller flere partikler vi ikke kjenner til. Denne materien har tydeligvis mye masse, ellers hadde ikke ­galaksene kunnet henge sammen. Mørk energi er sannsynligvis ikke bygget opp av partikler, men romforskere mener bestemt at det finnes, og at det trolig forklarer hvorfor universet utvider seg fortere og fortere.

Kvarker, elektroner og fotoner

I «De hemmelige partiklene» befatter Samset seg riktignok mest med mikropartiklene vi vet finnes. Ikke fordi noen har sett inni et atom. Selv med verdens beste mikroskop, elektronmikroskop, kan man bare se selve atomet – ikke hva som er inni. Og for å forstå hvor lite et atom er, kan du tenke deg at det er cirka 3000 milliarder atomer i et lite støvkorn.

– Med eksperimenter og moderne måleutstyr kan vi imidlertid fastslå at det finnes mindre partikler. Atomet består av en kjerne og elektroner som snurrer rundt kjernen. Eksempelvis har verdens letteste grunnstoff, hydrogen, en kjerne som består av ett proton, og rundt ­kjernen snurrer ett elektron. Atom­kjernen i andre grunnstoffer ­består imidlertid ofte av både ­positivt ladede protoner og nøytrale nøytroner, med negativt ladede elektroner i en slags sky rundt kjernen. Slik er det aller mest av det du ser rundt deg bygget opp, forklarer fysikeren.

Går vi innover i atomkjernen, finner vi kvarker. Disse har naturen seks ulike typer av. En annen bitteliten partikkel, som ligner på elektronet, er nøytrinoet. Nøy­trinoet kommer fra sola og ­fyker gjennom alt – nesten i lysets hastig­het. De fleste har også hørt om fotonet, som finnes i lys og all annen elektromagnetisk stråling.

Bryte ned – og bygge opp?

I tillegg til kvarker, elektroner, nøytrinoer og fotoner finnes det åtte andre ørsmå partikler. Av disse er Higgs-partikkelen den siste som er blitt bekreftet. Alle partiklene har dessuten sin rake motsetning, det som kalles antimaterie. Ett eksempel på det er positronet, som er et positivt ­ladet elektron.

Samset forteller at positronet brukes i PET-skanning, som er engelsk for Positron Emmision Tomography. Det er en måte å oppdage kreftsvulster på.

Ellers har kvantefysikken sørget for en rekke oppfinnelser, fra kjernekraft til datamaskiner. I ganske nær framtid kommer kvantedatamaskiner, som blant annet kommer til å håndtere mer informasjon raskere enn dagens datamaskiner, spår Samset.

Men han og andre partikkel­fysikere vil mye lenger med ­forskningen.

– Ett av naturvitenskapens og fysikkens overordnede prosjekter er å kartlegge alle elementær­partiklene i universet, forstå hvordan de fungerer og bruke disse byggesteinene som legoklosser. Tenk om vi å kunne bygge opp et tre, en plante eller noe annet fra bunnen av. Vi er langt fra dette målet i 2013, men vi nærmer oss skritt for skritt, mener han.

Fakta
 • Inni atomet: Det er konstatert at det finnes en rekke partikler som er mindre enn et atom, som består av en atomkjerne, ofte med både protoner og nøytroner, og elektroner i en slags sky rundt kjernen. Inni protoner og ­nøytroner er det to typer kvarker (oppkvark og nedkvark), mens fire andre ­typer kvarker (sær, sjarm, topp og bunn) ikke utgjør en del av atomkjernen.

• Opp- og nedkvark: Bygger atom­kjernene, og dermed oss og alt rundt oss.

• Kvarkene sær, sjarm, topp og bunn: Tyngre byggesteiner som nesten ikke brukes av naturen i dag, men de var viktige ved universets fødsel for cirka 13,8 milliarder år siden.

• Elektron: Ytterst i atomene. Det som «strømmer» i elektrisk strøm.

• Myon og tau: Tyngre slektninger av ­elektronet. Myonet finnes i kosmisk stråling.

• Foton: Den elektromagnetiske kraften, også kjent som lys. Det mobiltelefoner bruker til å snakke sammen.

• Gluon: Den sterke kjernekraften. Limet som binder atomkjernene sammen og gir oss kjernekraft.

• W- og Z-boson: Den svake kjernekraften, ansvarlig for noen typer radioaktivitet.

• Higgs-boson: Partiklenes sære fetter, nylig oppdaget. Verken kraft eller stoff, men noe nytt og annerledes. Forklarer hvorfor noen fundamentale partikler har masse.

• Antimaterie: Partiklenes motsvar. For eksempel antiprotonet, som er et ­negativt ladet proton.

Oppdagelser
 Mange av oppdagelsene av universets byggesteiner har gitt forskerne nobelprisen i fysikk. Her er årstall for noen viktige oppdagelser:


• Elektronet (1897)

• Protonet (1919)

• Nøytronet (1932)

• Antiprotonet (1955)

• Nøytrinoet (1956)

• Myonet (1962)

• Bunnkvarken (1977)

• Gluonet (1979)

• W- og Z-bosonene (1995)

• Toppkvarken (2000)

• Higgs-bosonet (2012)


Briten Higgs (84) og ­belgieren Englert (80) mottar årets nobelpris i fysikk under en seremoni i Stockholm 10. desember i fjor.

Higgs-bosonet og Nobelprisen

– Det var ikke så mange andre kandidater å ta av, sier Bjørn Hallvard Samset om årets nobelpris i fysikk da det ble kjent at prisen skulle gå til Peter Higgs og François Englert, som begge beskrev partikkelen som er kjent som Higgs-bosonet.


Samset har studert universets aller minste byggesteiner – blant annet ved CERN-laboratoriet utenfor Genève. Der ble han godt kjent med Higgs-partikkelen, som ble oppdaget etter en lysrask frontkollisjon mellom to protoner. Eksperimentet fant sted ved Large Hadron Collider, CERNs under­jordiske «kollisjonsrør», i fjor.


Den norske partikkelfysikeren har vært med på arbeidet med å avdekke Higgs og Englerts boson, som indirekte sørger for at elementærpartiklene har masse.


– Det var befriende at dette endelig ble konstatert, fordi det er en bekreftelse på at forskerne har tenkt riktig og at kvantefysikken er på rett vei. I tillegg er det fascinerende at partikkelen oppførte seg akkurat slik Higgs forutså i sin artikkel for nesten 50 år siden, sier 36-åringen.


Annonse

© 2019 - Lokalavisen -- Design/layout: Blest.no