Huvudföredraget hölls av Torbjörn Sjöstrand, professor i teoretisk högenergifysik vid Lunds universitet, som började med att ställa frågorna

 

  • Varför tror vi att mörk materia finns?
  • Vad kan den vara?
  • Hur kan vi lära oss mer om den?
  • Vad är sambandet mellan partikelfysik och astronomi/kosmologi?


En skala visar vilken spännvidd i storlek vi talar om:


Från kvarkarnas värld – 10-16 m via människan, ca 1 m, till det observerbara universum – 1026 m
Ett spännande faktum är dock att universums storskaliga struktur sannolikt speglar förhållandena på kvantnivå ögonblicken efter Big Bang! Därför pågår försök att sammanjämka teorierna inom kvantfysik med motsvarande för gravitation och universums utveckling.


När man räknade på galaxernas massa och rotationshastigheten för olika delar, fann man att den synliga massan inte alls räckte till för att förklara den observerade dynamiken. Slutsatsen var att det finns mer materia i galaxer än vad vi kan se, och att den sträcker sig längre ut än vad stjärnor och gasmoln gör. Även andra fenomen, som galaxhoparnas rörelser, gravitationslinser och uppförandet hos kolliderande galaxer pekar på förekomsten av en dold, ”mörk” materia.


Men inte nog med detta, 2011 års nobelpristagare i fysik visade, genom mätningar på avlägsna supernovor av typ Ia, att universums expansion accelererar och att detta kräver ”mörk” energi! Nuvarande förklaringsmodell anger att den mörka energin finns som en viss mängd energi per volymsenhet. Eftersom universum expanderar, ökar den totala mängden repellerande energi och universum expanderar ännu snabbare, osv. Den närmaste tiden efter stora smällen däremot, fanns ingen mörk energi, eftersom universum var så litet då.


En jämförelse av universums beståndsdelar idag och 300.000 år efter Big Bang


I dagens läge tror man sig snart kunna mäta på och beskriva den mörka materien, medan den mörka energin ännu är något vi inte alls vet något om. Möjligen hade Albert Einstein sina aningar, när han, motvilligt, införde den kosmologiska konstanten, vilken kan beskriva den repellerande kraft som tycks finnas i universum.

 

Ett nyckelbegrepp när det gäller mörk materia/energi är Higgs-partikeln. Denna är framräknad på teoretisk väg, men ’måste’ finnas för att standardmodellen inom kvantfysiken skall hänga ihop. Higgs-partiklarna bildar ett ”kondensat” med vilket vanliga partiklar växelverkar och ’bromsas ner’, dvs får massa. Jakten på Higgs-partikeln är därför intensiv, men kräver jättelika partikelacceleratorer och detektorutrustningar. Institutionen i Lund med Torbjörn Sjöstrand deltar i experimenten vid den s k Large Hadron Collider i CERN. Speciellt har man utvecklat mjukvara som genom simulering skall hjälpa forskarna att leta efter rätt typ av spår i de komplicerade detektorerna.
Man började testköra LHC i september 2008, men på grund av en felaktig lödfog havererade anläggningen och krävde omfattande reparationsarbeten. I november 2009 var man åter igång och efterhand hoppas man komma upp i full effekt under 2012.


Higgsmodellen är inte komplett: vissa beräkningar ger oändliga svar. Olika utvidgningar av standardmodellen har föreslagits, t.ex. supersymmetri: relation mellan rum–tid och partiklars spinn. I sökandet efter WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), vilka möjligen kan förklara den mörka materien, kan den lättaste supersymmetriska partikeln (den lättaste neutralinon) vara en kandidat. Supersymmetriska partiklar har nämligen negativ “superparitet”, måste parproduceras och kan ej sönderfalla!

 

Med programvaran från Lund har man kunnat simulera supersymmetriproduktion i den s k ATLASdetektorn (25 m hög, 45 m lång, vikt 7 000 ton). Även andra experiment såsom satellitmätning av kvoten e+/(e+ +e−) i rymden och detektering av neutralinon med spridning mot en kemiskt rent, stor kristall, nerkyld till några °K pågår.

 

Allt detta skall hjälpa forskare och teoretiker att komma vidare i jakten på det som utgör vårt universums allt dominerande beständsdelar.

 

Torbjörn sammanfattade dagsläget. Vår syn på universum har radikalt förändrats de senaste 10 åren, och vi börjar nu få en sammanhängande bild av universums utvecklingshistoria: ”The Cosmic Concordance Model”.
Men fortfarande återstår många frågor, t.ex.


• vad är mörk materia?
• vad är mörk energi?
• vad finns bortom partikelfysikens standardmodell?
• hur fungerar gravitation på små avstånd (kvantgravitation)?
• har universum extra dimensioner (som i supersträngteorier)?
• hur skapades universum?


Några kanske vi aldrig får veta svaret på; en del kan komma de närmsta åren från samverkande ansträngningar inom partikelfysik och kosmologi. Inblicken i elementarpartikelfysikens märkliga värld fascinerade uppenbarligen publiken, som hade många frågor att ställa.