Titta

UR Samtiden - En miljard protonkollisioner

UR Samtiden - En miljard protonkollisionerDela
  1. Jag ska prata om vad vi gör på CERN
    och vad det betyder för kunskapen.

  2. Vad kan vi lära oss om vår värld
    med hjälp av de här experimenten?

  3. Jag går igenom vad partikelfysik är-

  4. -och pratar om
    de största obesvarade frågorna-

  5. -och vad vi gör för att svara på dem.

  6. Som ni säkert allihop vet-

  7. -är världen uppbyggd av
    små beståndsdelar.

  8. Partikelfysik handlar om att hitta
    de minsta beståndsdelarna:

  9. De minsta bitarna
    som bygger upp världen.

  10. För er känns det naturligt
    att det finns en minsta beståndsdel.

  11. Det har ni hört sen ni var små. Det
    finns atomer och ännu mindre saker.

  12. Men när man tänker efter är det
    en hisnande och långsökt tanke.

  13. Allt som vi ser, som ser olika ut...

  14. Vi har sten som är hårt och vatten
    som är blött och gas som är lätt.

  15. Vi har saker som lever och är döda.
    Att alla olika saker-

  16. -faktiskt kan vara uppbyggda av få,
    exakt likadana byggstenar är...

  17. Den som kom på att leta efter
    något litet som allt bestod av-

  18. -trots att det såg olika ut,
    var en framsynt person.

  19. Nu känns det naturligt.

  20. Trots att det är långsökt
    har folk länge sökt beståndsdelarna.

  21. Man började med eld och luft.

  22. På 1800-talet upptäckte man atomer-

  23. -som systematiserades
    i periodiska systemet-

  24. -och man kom på olika grundämnen.

  25. Man trodde att det här var slutet.
    Atom betyder "odelbar".

  26. De trodde att de var klara.

  27. Men nu vet vi att det inte är slutet
    utan början på en längre historia.

  28. Nu vet vi att atomen inte är odelbar,
    som man trodde-

  29. -utan att den består av en atomkärna
    som omges av elektroner.

  30. Kärnan är inte heller odelbar utan
    består av protoner och neutroner.

  31. Dessa är inte heller odelbara
    utan består av kvarkar.

  32. Så långt har vi kommit i dag. När vi
    pratar om elementarpartiklar...

  33. Det betyder "odelbar".

  34. Då menar vi kvarkar och elektroner.

  35. Dem fann man långt tillbaka i tiden.

  36. Vi vet inte
    om de består av nåt mindre.

  37. Vi tror att elektronerna
    och kvarkarna är odelbara.

  38. Det behöver inte vara sant.

  39. De experiment vi kan göra i dag-

  40. -är för svaga för att se
    om partiklarna består av nåt mindre.

  41. Vår hypotes är att de är odelbara.

  42. Matematiskt antar man att de inte
    har nån utsträckning alls.

  43. De är punktformiga. Men hur kan de
    inte ha nån volym? Det är inte klokt.

  44. Det kanske inte är så,
    men det funkar bra att räkna så.

  45. Det enda vi vet är att de är mindre
    än 10^-18 meter.

  46. De kan förstås vara ännu mindre.

  47. Man behöver upp- och nerkvarkar
    för att göra protoner och neutroner-

  48. -och så behöver man elektroner, och
    med dessa kan man bygga all materia.

  49. Det är en sanning med modifikation.

  50. Här är en normal bild av en proton.

  51. En proton består av
    två uppkvarkar och en nerkvark.

  52. Man kan byta ut en uppkvark mot
    en nerkvark. Då får man en neutron.

  53. Egentligen ser en proton snarare ut
    som den lilla bilden till höger.

  54. Överallt runt omkring oss,
    inne i och mellan protonerna också-

  55. -så är världen en bubblande soppa
    av kvantfluktuationer.

  56. Det har att göra med
    att världen är konstruerad så att-

  57. -världen lånar energi av sig själv-

  58. -och kan bryta mot regeln att energin
    är bevarad en kort period.

  59. Så länge man lämnar tillbaka energin
    så kan man stjäla den en stund.

  60. Universum stjäl energi från
    ingenstans och skapar partikelpar-

  61. -som direkt förintas,
    och så håller det på.

  62. Inuti protonen är det som ett bubbel.

  63. Det man menar
    när man beskriver protonen-

  64. -är att om man tog 100 bilder i rad
    vore de tre kvarkarna beständiga.

  65. De finns alltid där, tillsammans med
    bubbel som kommer och går.

  66. Så ser egentligen världen ut-

  67. -men det är en bra bild till vänster.

  68. Det är inte fel, men det finns mer.

  69. Om vi ska förstå hur världen är
    uppbyggd räcker det inte med detta.

  70. För att förstå hur materia beter sig-

  71. -måste vi lära oss om
    alla de andra partiklarna i soppan.

  72. Det är inte bara upp- och nerkvarkar,
    utan också en massa andra partiklar.

  73. Det här är vår moderna variant
    av det periodiska systemet.

  74. Här är de elementarpartiklar
    vi känner till. Det kan finnas fler.

  75. Dessa har vi sett i våra experiment.

  76. Längst till vänster
    har ni upp- och nerkvarkarna.

  77. Ni har även elektronen. De behövs
    för att bygga vanlig materia.

  78. Sen har ni också
    en massa andra partiklar bredvid.

  79. Man kan se att det finns ett mönster.

  80. De gula partiklarna upprepar sig. Det
    finns tyngre varianter av samma sak.

  81. De här och de här partiklarna-

  82. -är lika upp- och nerkvarkarna.

  83. Enda skillnaden är att de väger mer.
    Annars är de identiska.

  84. Att de väger mer är viktigt.

  85. Om nånting tungt existerar
    sönderfaller det till något lättare-

  86. -så länge det inte är förbjudet.

  87. Det betyder att de tyngre
    snabbt sönderfaller. De är instabila.

  88. De omvandlas till lättare varianter.

  89. Egentligen är sönderfall ett dåligt
    ord. De ramlar inte sönder.

  90. De omvandlas och byter sort.

  91. De är instabila och har kort livstid.

  92. De här är stabila. De har inget
    lättare att omvandlas till.

  93. Det är därför bara de här
    bygger upp protoner och neutroner.

  94. Om de vore stabila
    kunde de bygga materia.

  95. Elektronerna är stabila och har två
    tyngre kusiner, myon och Tau-lepton.

  96. De är instabila och sönderfaller.

  97. Varför det finns partiklar som inte
    bygger upp materia vet vi inte.

  98. Vi ser dem, men varför världen
    har tre generationer partiklar-

  99. -varav bara en är stabil, det vet
    vi inte. Det funderar vi mycket på.

  100. Förutom materiepartiklarna,
    som man brukar kalla fermioner-

  101. -har vi dessa, som kallas bosoner.

  102. De är lite annorlunda.

  103. De här partiklarna
    gillar inte att vara nära varandra.

  104. De lägger sig på säkert avstånd.

  105. De här tycker jättemycket om
    att vara tillsammans.

  106. De är kraftförmedlare.

  107. De är ansvariga för
    att förmedla alla krafter-

  108. -som elektromagnetisk kraft,
    alltså ljus. Det är den här fotonen.

  109. När ni ser att en magnet gör
    att ni kan plocka upp ett gem-

  110. -är det som händer på mikroskopisk
    nivå att man utbyter fotoner.

  111. Likadant är w- och z-bosonerna,
    som ni inte är vana vid att höra om-

  112. -ansvariga för den svaga växelverkan
    i radioaktiva sönderfall.

  113. Gluonen är ansvarig för den starka
    kärnkraft som håller ihop atomkärnan.

  114. Den verkar mellan kvarkar.

  115. Den kraft jag inte pratat om är
    gravitation, som ni är mest vana vid.

  116. Den är inte med i standardmodellen-

  117. -eftersom den är så svag
    jämfört med de andra krafterna.

  118. Den gravitationella kraften mellan
    två elementarpartiklar är försumbar.

  119. Den går inte att mäta.

  120. Gravitationen blir viktig på väldigt
    stora skalor eftersom den är positiv.

  121. Saker dras ihop. Ingen negativ massa
    gör att saker skjuts ifrån.

  122. På stora skalor läggs gravitationen
    bara ihop och ihop och märks mycket-

  123. -medan den elektromagnetiska kraften
    inte märks då atomen är neutral.

  124. Allt runt oss är elektriskt neutralt.
    Elektromagnetisk kraft märks inte.

  125. På mikroskopiska skalor finns inte
    gravitation med, vilket är en brist.

  126. Det är nånting man försöker lösa.

  127. Den sista gynnaren
    är Higgspartikeln.

  128. Den upptäcktes på CERN år 2012-

  129. -så det var bara fyra år sen
    man hittade den här Higgspartikeln.

  130. Den är en boson,
    men det Higgspartikeln gör-

  131. -är att se till
    att alla andra får sina massor.

  132. Utan den skulle övriga inte väga nåt.

  133. Det ändrar saken väldigt mycket.
    Jag har ju pratat om instabilitet.

  134. Om saker inte skulle väga
    skulle världen se annorlunda ut.

  135. Det var sista pusselbiten
    i standardmodellen.

  136. I och med den partikeln har man fått
    en teori som är självkonsistent.

  137. Den fungerar att räkna med.

  138. Däremot har teorin fortfarande en hel
    del brister, som vi återkommer till.

  139. Bristerna som kanske är de allra...

  140. Det beror på vilken skala man tittar
    på, men de vanligaste bristerna-

  141. -är att den här teorin inte kan
    förklara universums mörka materia.

  142. Den här teorin kan förklara
    allt som består av vanliga atomer.

  143. Men man har lärt sig att det finns
    annan materia, mörk materia-

  144. -och det finns ingen partikel i den
    här teorin som kan vara mörk materia.

  145. Ett annat problem med den här teorin-

  146. -är att den inte kan förklara
    universums acceleration.

  147. Det här kallar man "mörk energi".

  148. Man har sett att universum expanderar
    och blir större och större-

  149. -och expansionen går allt fortare.

  150. Det vore konstigt om bilen gick
    fortare och fortare utan motor.

  151. Man kan inte förstå hur expansionen
    går fortare och fortare utan motor-

  152. -och den mörka energin är motorn
    som gör att expansionen fortgår.

  153. Men man vet inte vad det är.
    Det kan ha att göra med kvantbubblet-

  154. -men ingen har någon konkret idé.

  155. Det här ska jag inte ens prata om.

  156. Vi är så långt ifrån en lösning
    att vi inte ens kan attackera det.

  157. Ett problem som vi jobbar på-

  158. -är varför universum består av
    materia och inte antimateria.

  159. Vi består av protoner och neutroner.

  160. Men det finns en kopia av teorin.

  161. Alla partiklarna
    finns i en antipartikelvariant-

  162. -så det borde vara två lager här.

  163. Uppkvarken kommer med en antiuppkvark
    och nerkvarken med en antinerkvark.

  164. I den här teorin är det
    total symmetri mellan de här två.

  165. När jag försöker skapa en uppkvark...

  166. ...skapar jag en antiuppkvark.

  167. Varje gång vi skapar materia
    får vi lika mycket antimateria.

  168. När universum skapades borde det
    ha skapats lika mycket antimateria-

  169. -om det skedde med de fysiska lagar
    vi har lärt oss i standardmodellen.

  170. Men universum består bara av materia-

  171. -så vart har all antimateria
    tagit vägen som måste ha funnits?

  172. Det funderar man mycket på. Jag ska
    prata om eventuella lösningar på det.

  173. Den sista är att gravitationen
    är så himla svag.

  174. De andra tre krafterna, stark, svag
    och elektromagnetisk, är lika stora.

  175. Gravitationen är jättemycket svagare.

  176. Varför är det så och hur kan vi
    få den att bli en del av modellen?

  177. Det är en knepig fråga.

  178. Standardmodellen är framgångsrik-

  179. -och har förutsagt mycket som vi har
    kunnat mäta i våra experiment.

  180. Den kan säga att...

  181. Sannolikheten att skapa den här
    partikeln är 3,7...och 29 decimaler.

  182. Den är otroligt noggrann, men det
    kan inte vara den slutgiltiga teorin.

  183. Det finns nåt mer, vilket kallas
    "fysik bortom standardmodellen".

  184. Man letar nåt extra, utöver den här.

  185. Hur kan man då få reda på vad
    som finns bortom standardmodellen?

  186. Det finns två sätt
    som kompletterar varandra.

  187. Det ena är att titta ut i universum.
    Så vet vi om mörk materia och energi.

  188. Man ser kosmisk bakgrundsstrålning
    som är ljus från tidiga universum...

  189. ...som lär oss mycket om universum.

  190. Man kan titta på hur galaxer rör sig-

  191. -eller titta på supernovor
    som exploderar.

  192. Detta kan ge oss mycket information.

  193. Problemet är att rymden är stor och
    det är mycket vi inte känner till.

  194. Det är inga kontrollerade experiment.

  195. Vi kan inte få det exakt som vi vill.

  196. Ett bra komplement är att göra saker
    i laboratoriet, vilket jag gör.

  197. Standardmodellen
    med alla olika partiklar...

  198. Om det finns nya partiklar kanske jag
    kan skapa dem i ett laboratorium.

  199. Men för att göra det behöver man
    hög energi och många försök.

  200. Dels är de här partiklarna antagligen
    tunga och behöver mycket energi.

  201. Dessutom är processerna ovanliga,
    annars hade vi nog sett dem.

  202. Båda de här två sätten
    - rymden och partikelacceleratorerna-

  203. -är de bästa sätten att komma framåt.

  204. Mitt jobb är baserat på CERN-

  205. -vilket är Europas stora partikel-
    fysiklaboratorium utanför Geneve.

  206. Här är Alperna och här är Genevesjön
    och Geneves flygplats.

  207. Den gula cirkeln syns inte på riktigt
    utan är bara ditritad-

  208. -men visar var hadronkollideraren är.

  209. Den är utritad eftersom den är hundra
    meter under jorden och inte syns.

  210. Här kolliderar man partiklar
    med varandra vid hög energi.

  211. Den här är 27 kilometer lång.

  212. Hela Malmö får plats inuti ringen.

  213. Det krävs bil för att ta sig runt.

  214. Anledningen till att den är så stor
    är att man vill kollidera partiklar-

  215. -med väldigt hög hastighet.

  216. Era föräldrar kanske har kört fort
    och försökt köra genom en kurva.

  217. Om bilen går fort
    är det jobbigt att svänga.

  218. Ju snabbare man kör, desto jobbigare
    är det att få partiklarna att svänga.

  219. Därför behöver man en stor ring så
    att de inte behöver svänga så mycket.

  220. Vi vill att de ska gå med
    99,999999 procent av ljushastigheten-

  221. -innan de krockar med varandra.

  222. Vi vill dessutom att de ska krocka
    20-40 miljoner gånger varje sekund.

  223. Så vi behöver väldigt snabba system-

  224. -som klarar av
    den här snabba kollisionsfrekvensen.

  225. För att få partiklarna att gå så fort
    och dessutom svänga-

  226. -så behöver vi starka magneter
    som får dem att svänga.

  227. Magneterna får dem att böja av, så vi
    behöver 1 600 magneter runt ringen.

  228. Det måste gå stark ström genom dem
    för att få ett så starkt magnetfält-

  229. -och då måste man ha låg resistens.

  230. Man kyler ner dem till 1,9 kelvin
    över den absoluta nollpunkten-

  231. -med flytande helium, och då får man
    ett magnetfält som är 8,4 tesla.

  232. Man behöver 11 700 ampere-

  233. -för att få så starkt magnetfält.

  234. Det är inte magneterna som gör
    kollideraren komplicerad att bygga.

  235. Det är magneterna som är det svåra.

  236. Runt den här ringen,
    som ligger 100 meter under jord-

  237. -så finns det fyra experiment.

  238. Jag jobbar på ATLAS
    och mitt emot oss ligger CMS.

  239. Det är vårt konkurrensexperiment.

  240. Sen finns det LHCb och ALICE,
    som sysslar med specifika processer.

  241. Varför bygger man
    en gigantisk partikelaccelerator-

  242. -och accelererar partiklarna till
    ljusets hastighet? Vad är poängen?

  243. Man vill använda Einsteins formel
    att energi och massa är samma sak.

  244. Energi är partiklarnas rörelseenergi.

  245. Protonerna har hög hastighet
    och hög rörelseenergi-

  246. -och den kan omvandlas till massa.

  247. Om man har hög energi kan man skapa
    tunga saker från den här energin.

  248. I kvantmekanikens underbara värld
    är det här ett litet mirakel.

  249. En tysk fysiker har gjort teckningen,
    därför är det folkabubblor.

  250. De var vanliga en gång i tiden.

  251. Här har vi två protoner som krockar
    med varandra i ljusets hastighet.

  252. I den vanliga analogin skulle de gå
    sönder och saker flyga åt olika håll-

  253. -men det som händer
    på kvantmekaniknivå-

  254. -är att från det här skräpet kommer
    det av sig själv ut en Mercedes.

  255. Det är otroligt, men så är det.

  256. Man krockar bubblorna
    så att det bara blir energi kvar-

  257. -och med den kan universum skapa
    vad som helst inom fysikens lagar.

  258. Varje gång två protoner krockar
    kastar universum tärning:

  259. "Den här gången blir det en Ford."

  260. Vad det blir vet man inte. Slumpen
    avgör det enligt olika sannolikheter.

  261. Det kanske är vanligare att man
    skapar en Ford än en Mercedes-

  262. -eller en Rolls-Royce eller nåt.

  263. Om man letar efter en Rolls-Royce
    måste man krocka många protoner.

  264. Det går 100 000 Ford
    på en Rolls-Royce.

  265. Det är därför man behöver
    väldigt många kollisioner.

  266. Hur vet man att man har skapat
    en Rolls-Royce och inte en Ford?

  267. Man behöver en detektor för att se
    vad som hände i kollisionen.

  268. Då behöver man Atlasdetektorn som är
    40 meter lång och 20 meter hög.

  269. Människorna är skalenliga.

  270. Den är ungefär lika stor
    som Notre Dame-katedralen i Paris.

  271. Men den är inte bara stor,
    den är dessutom precis.

  272. Man vet var varje liten bit sitter
    med tio mikrometers noggrannhet.

  273. Det är bråkdelen av ett hårstrå.

  274. Så noga är varje liten sak i den för
    att man ska kunna mäta så precist.

  275. Därför behövs det 3 000 fysiker
    för att bygga och analysera data.

  276. Jag är en av 3 000 personer från hela
    världen som jobbar med det här.

  277. Jag sitter mycket i videokonferenser
    och åker jorden runt-

  278. -för att få ut det mesta
    ur detektorn.

  279. Vi behöver kollidera protonerna ofta-

  280. -men problemet är att man inte kan
    spara all data. Det blir för mycket.

  281. Vi skapar en petabyte per sekund och
    har ingen möjlighet att spara allt.

  282. Vi måste i realtid, med en
    fyrtiomiljondels sekunds fördröjning-

  283. -bestämma oss för om kollisionen
    var intressant om vi ska spara den.

  284. Man väljer ut de 500 mest intressanta
    per sekund och sparar dem på disk.

  285. Det är ändå flera petabyte totalt-

  286. -och för att analysera allt måste vi
    ha det världsomspännande datagridet-

  287. -för att gå igenom all data och se
    om det blev en Rolls eller en Ford.

  288. Vad har vi då åstadkommit med hadron-
    kollideraren och ATLAS-experimentet?

  289. En sak är Higgspartikeln som vi
    hittade för ungefär fyra år sen.

  290. Utan den kan man inte förklara
    varför partiklarna har massa.

  291. Det man var ute efter
    var inte själva Higgspartikeln...

  292. ...utan nåt som kallas Higgsfältet.

  293. Man tog standardmodellen-

  294. -med alla partiklar utom
    Higgspartikeln som man inte hittat.

  295. Man hade alla andra,
    utom kanske några-

  296. -och sen la man till ett Higgsfält,
    för att ge partiklarna massa.

  297. Man var tvungen att bevisa
    att det fanns, och hur gör man det?

  298. Peter Higgs insåg-

  299. -att en konsekvens var att det
    måste finnas en Higgspartikel.

  300. Om man fann den kunde man visa
    att Higgsfältet fanns...

  301. ...och därmed att den här mekanismen
    för att ge massa var den rätta.

  302. Fält och partiklar
    är centralt i partikelfysik.

  303. Vi kan spendera några minuter
    på att ge er en känsla för det.

  304. Man kan bara se Higgsfältet
    genom att se en partikel.

  305. Så är det med alla partiklar.

  306. Partiklar har ett grundläggande fält
    som är den fundamentala egenskapen-

  307. -men de här fälten märker vi inte av.

  308. De finns överallt omkring oss,
    men de märks inte.

  309. Om man frågar ett barn
    vad som finns här inne i rummet-

  310. -så kanske de säger "ingenting".
    "Jag känner ingenting."

  311. Det är först när man börjar vifta
    och stör luften som man känner den.

  312. Om man inte viftar så märks den inte.

  313. Det är likadant med fälten.
    Man måste störa dem.

  314. Man tillför energi och exciterar dem.

  315. När man gör det skapas en partikel.

  316. En uppkvark
    är en excitation av fältet.

  317. Likadant är excitationen
    av Higgsfältet en Higgspartikel.

  318. Det är det som är det mätbara.

  319. Det är det centrala
    i all partikelfysik.

  320. Det visste man på 60-talet men det
    tog 50 år att hitta Higgspartikeln.

  321. Det beror på att den var så tung.

  322. En tung partikel måste man ha
    mycket energi för att skapa.

  323. Higgsfältet måste exciteras mycket.

  324. Det var först nu vi lyckades skapa-

  325. -så pass kraftfulla acceleratorer.

  326. Det här är ett riktigt event
    från ATLAS-detektorn från juni 2012.

  327. Det visar att det sannolikt
    är en Higgspartikel som skapats.

  328. När vi började få många
    såna här händelser i detektorn-

  329. -kände vi att vi var nåt på spåren.

  330. Till slut hade vi sett så många att
    vi visste att det inte var slumpen.

  331. Då gick vi till CERN:s chef och sa:

  332. "Vi är säkra på
    att vi har hittat en ny partikel."

  333. Vårt systerexperiment hade sett
    samma sak, men det visste vi inte då.

  334. De gör saker oberoende av oss
    så att vi kan crosschecka varandra.

  335. Då slog alla på stora trumman
    och CERN kallade till presskonferens-

  336. -och så bjöd man in Peter Higgs som
    hade formulerat teorin för 50 år sen.

  337. Han undrade i 50 år om han hade rätt.

  338. När han var jättegammal och började
    gråta på presskonferensen.

  339. "Jag trodde inte att jag skulle
    få se partikeln innan jag dog."

  340. Alla var jätteglada.
    Det var en otroligt rolig dag.

  341. Det är enda gången partikelfysiken
    varit på framsidan av New York Times.

  342. Året efter
    belönades upptäckten med Nobelpriset.

  343. Det var Peter Higgs och hans kollega
    Englert som fick själva priset-

  344. -men vi blev omnämnda i motiveringen.

  345. Jag har nästan
    fått en sextusendel av Nobelpriset.

  346. Det är så nära jag kommer.

  347. Nu är partikeln väletablerad och vi
    är helt, helt säkra på att den finns.

  348. Nu försöker vi lista ut om den har
    de egenskaper vi förväntar oss.

  349. Om den sönderfaller
    som den här standardmodellen säger-

  350. -eller om nåt inte är som det ska.

  351. Vi hoppas att Higgspartikeln...

  352. ...som är annorlunda än de andra...

  353. Den satt för sig själv i hörnet.
    Det är en ny sorts partikel.

  354. Därför hoppas vi
    att den ska leda oss vidare-

  355. -och svara på frågan vad som finns
    utanför standardmodellen.

  356. Om vi hittar avvikelser kanske vi
    kan komma nånting nytt på spåren.

  357. Det är det som forskningsfältet
    går ut på nu, kan man säga.

  358. Det centrala i det här projektet-

  359. -är att lösa de obesvarade frågorna.

  360. Vi ska gå igenom några av dem
    de här sista minuterna.

  361. Den första är vad universums mörka
    materia består av. Det är centralt.

  362. Vi vet bara
    vad 5% av universum består av.

  363. 95% vet vi inte vad det består av.
    En stor del är mörk materia.

  364. Mörk materia upptäcktes på 30-talet.

  365. Fritz Zwicky började mäta
    hur galaxer rörde sig i universum-

  366. -och kunde inte riktigt
    förklara rörelserna.

  367. Om man tittade på stjärnorna kunde
    man räkna ut hur mycket massa det är.

  368. Då ska man kunna räkna ut
    hur de rör sig.

  369. Det han mätte och det han räknade ut
    stämde inte.

  370. Det kunde lika gärna ha varit nåt fel
    på gravitationsteorin.

  371. Han ansåg inte att det absolut
    måste finnas mörk materia-

  372. -men han förstod att det var nåt
    som inte riktigt stämde.

  373. Begreppet myntades på 70-talet
    av en fysiker som heter Vera Rubin.

  374. Hon mätte med stor precision
    hur galaxer roterar.

  375. Här kan ni se en bild där man kan se
    hur rotationshastigheten...

  376. Här ser ni en spiralgalax
    som är ganska lik Vintergatan.

  377. Man ser hur snabbt den snurrar.

  378. Då förväntar man sig
    att hastigheten ska avta-

  379. -när man kommer utanför radien där
    man inte längre ser några stjärnor.

  380. Det säger gravitationslagarna. Men
    det hon såg när hon mätte långt ut-

  381. -var att hastigheten de snurrade med
    till och med gick upp lite.

  382. Ju längre ut man kom
    desto snabbare snurrade de.

  383. Antingen finns det en massa materia
    här ute som inte syns.

  384. Det finns en massa man inte kan se.

  385. Eller så är det så
    att gravitationslagarna är fel.

  386. Då visste man inte, och vissa hävdar
    fortfarande att man inte vet det.

  387. Nu har man gjort fler mätningar
    som alla pekar i samma riktning.

  388. Man har tittat på bakgrundsstrålning.
    Man har mätt hur galaxer rör sig.

  389. Man har tittat på hur universums
    storskaliga struktur ser ut.

  390. Man har mätt på supernovor.

  391. Allt pekar mot att det finns en massa
    vi inte kan se - mörk materia.

  392. Man vet precis hur mycket det är.

  393. Man vet att 5% är atomer
    som standardmodellen beskriver.

  394. 27% är mörk materia. Det är
    antagligen en annan sorts partiklar.

  395. Resten av energin är den mörka
    energin som vi inte vet vad det är.

  396. Vad är den mörka materian? En populär
    teori, som löser många problem-

  397. -är det man kallar supersymmetri
    som handlar om att alla partiklar-

  398. -dels finns i en antipartikelvariant
    men även i en supersymmetrivariant-

  399. -så att varje partikel i modellen
    har en supersymmetrisk partner.

  400. Den lättaste av dem,
    precis som de vanliga, är stabil-

  401. -och bygger upp mörk materia.

  402. Många, även jag, letar varianter
    på supersymmetriska partiklar.

  403. Här ser ni alla olika mätningar där
    vi letar supersymmetriska partiklar.

  404. Jag vill bara ge er en känsla för
    hur många mätningar man gör.

  405. Hittills har vi inte hittat
    några supersymmetriska partiklar.

  406. Det är lite sorgligt,
    för tidigare var det många som sa:

  407. "Det kommer att ta fyra veckor."
    Så har det inte blivit.

  408. De lättaste supersymmetriska
    modellerna har man redan uteslutit.

  409. Så är världen inte förskaffad.

  410. Men det finns oändligt många
    supersymmetriska modeller kvar-

  411. -som vi fortsätter att leta efter.

  412. Kanske är supersymmetri svaret på
    gåtan med mörk materia, kanske inte.

  413. Vårt jobb är att leta så mycket vi
    bara kan och se om vi hittar nånting.

  414. Jag hoppar över det här med
    mörk energi. Det är så spekulativt.

  415. Jag tar materia och antimateria.

  416. Det bör finnas lika mycket, men vart
    har antimaterian tagit vägen?

  417. Man tror att det skapades lika mycket
    men att det finns en asymmetri-

  418. -som gör att när partiklar omvandlas-

  419. -så blir antimaterian materia
    lite oftare än tvärtom.

  420. Om man låter tiden löpa länge
    så blir det långsamt mer materia.

  421. Till slut är det bara materia kvar.

  422. Problemet är att det redan finns lite
    skillnad i modellen mellan dessa-

  423. -vad det gäller hur de omvandlas.

  424. Men de små avvikelserna...

  425. Om universum hade bestått av en galax
    av materia kunde vi ha förklarat det.

  426. Men universum består av många galaxer
    med bara materia.

  427. Det överskottet kan vi inte förklara.

  428. Man behöver större asymmetrier
    mellan hur dessa två beter sig.

  429. Vi letar genom att titta på processer
    som är känsliga för det här.

  430. Ett par tyngre kvarkar som heter
    särkvark och bottenkvark är viktiga-

  431. -för att förstå
    hur den här symmetrin hänger ihop.

  432. Än har vi inte hittat några starka,
    nya källor för asymmetri-

  433. -för att kunna förklara
    vart all antimateria tagit vägen.

  434. Varför är då gravitationen så svag?
    Det finns olika idéer.

  435. En idé
    är det här med extra rumsdimensioner.

  436. Vi tycker att världen är
    tredimensionell med x-, y- och z-led.

  437. Men för att förklara gravitationen
    tänker man sig fler dimensioner.

  438. Det är svårt att tänka sig dem.

  439. Tanken är att gravitationen
    är den enda kraft som kan slippa ut.

  440. Den urvattnas för att den hela tiden
    läcker ut i de här dimensionerna-

  441. -som vi inte kan se.

  442. Hur kan man testa det experimentellt?

  443. Extradimensionerna måste vara små för
    att inte ha konsekvenser för världen.

  444. Man tänker sig att de är ihoprullade
    som en liten korv.

  445. Om man tittar på världen med nog
    hög upplösning, alltså energi...

  446. När vi har hög energi i partikel-
    kollisionerna ser vi högupplöst.

  447. När man tittar tillräckligt noga på
    samma skala som extradimensionerna-

  448. -försvinner plötsligt läckeffekten
    eftersom man är inne i den världen.

  449. Då blir gravitationen lika stark,
    men bara på de små skalorna.

  450. På LHC, där man tittar på små skalor,
    blir gravitationen jättestark.

  451. Då skulle man kunna skapa små
    svarta hål, så det letar vi efter.

  452. Här är en simulering-

  453. -av hur ett litet svart hål
    skulle se ut i vår detektor.

  454. Om vi såg ett skulle vi bli säkra på-

  455. -att den här teorin är en bra tanke.

  456. Än har vi inga tecken på det.

  457. Nu har jag pratat i 45 minuter
    så nu ska jag sammanfatta.

  458. LHC är ett stort experiment.

  459. Det jobbar 6 000 på Atlas och CMS-

  460. -och minst 3 000 personer ansvarar
    för att acceleratorn fungerar-

  461. -så det är tiotusentals personer
    involverade.

  462. Det är dagens resa till månen.

  463. Det är en stor sak vi tagit oss an.

  464. Vi gjorde det för att hitta Higgs-
    partikeln, och det har vi gjort...

  465. ...men också för att hitta tecken
    på fysik bortom standardmodellen.

  466. Vi har uteslutit många
    enklare varianter av supersymmetri-

  467. -men det finns mycket kvar.

  468. Det är en intressant tid. Förra året
    började vi köra med högre energi.

  469. När vi hittade Higgspartikeln var
    energin lägre - 8 teraelektronvolt.

  470. Nu kör vi vid 13 teraelektronvolt.

  471. I och med den högre energin
    kan vi skapa tyngre partiklar.

  472. Har vi sett några hintar? Det beror
    på om man är positiv eller negativ.

  473. För att göra er lite entusiastiska
    så är det så att...

  474. Det här är Higgspartikeln.

  475. Det här är massan.

  476. Man skapar två fotoner i detektorn
    och tittar på massan som skapade dem.

  477. Det är en ansamling vid en viss massa
    som en liten bump-

  478. -från det kontinuerliga spektrat.

  479. Det här gjorde att vi kunde säga
    att vi hade hittat Higgspartikeln.

  480. Det här är en signifikant,
    det vill säga säker, mätning.

  481. Det är otroligt osannolikt att det
    beror på statistiska fluktuationer.

  482. Då vet vi att det är en ny partikel.

  483. Här är nya data från förra året.

  484. Det är samma spektrum
    av massan hos två fotoner.

  485. Här går X-axeln
    från 100 till 160 gigaelektronvolt.

  486. Higgspartikeln väger 125 ungefär.

  487. Här går X-axeln från 200.
    Den börjar där den här slutar.

  488. Den går till 1 700 gigaelektronvolt.

  489. Här kan man kanske, om man
    är positivt lagd, se en liten blobb.

  490. Jag vill poängtera att det här inte
    är statistiskt signifikant.

  491. Det är med stor sannolikhet en slump-

  492. -men det skulle också kunna vara
    första tecknet på en ny partikel.

  493. Nu måste vi ta mera data för att se
    om den här blobben fortsätter växa.

  494. Då är det en riktig partikel.
    Försvinner den är det en fluktuation.

  495. Det kommer vi antagligen att veta
    redan i sommar-

  496. -i alla fall med större sannolikhet.

  497. Jag tror att det är en fluktuation
    men jag hoppas att det inte är det.

  498. Det vore kul om det är första tecknet
    på fysik bortom standardmodellen-

  499. -som man har sökt efter i över 50 år.

  500. Ni får hålla tummarna för mig
    så får vi se om vi är nåt på spåren.

  501. Med det avslutar jag.

  502. 95% av universum består ju av nånting
    och vårt jobb är att ta reda på vad.

  503. Man kan inte göra annat än att
    fortsätta leta. Tack så mycket.

  504. Textning: Gabriella Eseland
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

UR Samtiden - En miljard protonkollisioner

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Sara Strandberg, partikelfysiker vid Stockholms universitet, berättar om materiens minst kända beståndsdelar och jakten på ännu oupptäckta partiklar, såsom supersymmetriska partiklar. Här beskriver hon standardmodellen för universums minsta partiklar men också de frågor som den modellen lämnar obesvarade: Vad består universums mörka materia av? Varför finns det mer materia än antimateria i universum? Varför är gravitationen så mycket svagare än universums andra tre krafter? Inspelat den 28 januari 2016 på Stockholms universitet. Arrangör: Stockholms universitet.

Ämnen:
Fysik > Astronomi
Ämnesord:
Elementarpartiklar, Kärnfysik, Naturvetenskap, Partikelacceleratorer, Partikelfysik
Utbildningsnivå:
Högskola

Mer högskola & fysik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Malmöforskare föreläser 2015

Innehåller människan stjärnstoff från Big bang?

Henrik Hartman forskar vid Institutionen för medieteknik och produktutveckling. Han försöker med hjälp av astrofysik hitta svar på frågorna om var människan kommer ifrån och vilka ämnen människokroppen från början byggdes av. Vilka ämnen bildades vid big bang och vilka ämnen bildas när stjärnor dör? Inspelat på Malmö högskola den 20 oktober 2015. Arrangör: Malmö högskola.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Jakten på mörk materia

Jan Conrad, professor i astropartikelfysik vid Stockholms universitet, berättar hur fysiker arbetar för att lista ut vad den mörka materian egentligen består av. Mörk materia har fått sitt namn av att den bara kan observeras indirekt, genom hur den påverkar vanlig materia via gravitationen. Med sin forskning har Jan Conrad och hans kollegor kunnat utesluta en del teorier om vad mörk materia består av. Han förutspår att inom ett antal år har fysikerna löst gåtan. Inspelat den 22 april 2015 på Fanfaren i Farsta Stockholm. Arrangör: Stockholms universitet.