Idisse dage afslutter det fælleseuropæiske center for partikelfysikforskning i Genéve, Cern, 20 års forberedelser af Large Hadron Collider (LHC) projektet.

LHC er bygget i en 27 km lang cirkulær tunnel i Jurabjergene på grænsen mellem Schweiz og Frankrig. Næsten 2000 superledende magneter trækker bundter af protoner eller bundter af blykerner hver sin vej rundt i to ringe.

Otte steder krydser bundterne hinanden, hvorved protoner eller blykerner kolliderer. Energien i sammenstødene er næsten ti gange større end noget tidligere eksperiment. Fire steder har man bygget eksperimenter, som på hver deres måde skal undersøge sammenstødene.

To af eksperimenterne har deltagelse fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet; ATLAS, som skal studere proton-proton sammenstød og ALICE, som er designet til at observere kollisioner mellem blykerner.

Det sidste udestående problem
Vores forståelse af de mindste byggesten er med meget stor succes beskrevet af en relativ enkel matematisk konstruktion, kaldet partikelfysikkens standardmodel.

Modellen fastsætter, hvilke typer af partikler der findes, hvor mange der er af hver slags og hvilke kræfter der virker mellem partiklerne. Modellen giver også et bud på, hvad fænomenet masse er.

Legemers masse har været en fundamental del af vores naturforståelse, siden Isaac Newton i 1686 offentliggjorde sin massetiltrækningslov, gravitationsloven. Men hvilken egenskab ved naturen er årsag til at partiklerne har masse, og hvorfor er nogle tungere end andre?

Det blev først forsøgt forstået, da man opbyggede Standardmodellen.

I Standardmodellen har man indført den såkaldte Higgs-partikel, der ved sin tilstedeværelse i vakuum, gør det svært for partiklerne at bevæge sig.

Jo stærkere partiklerne vekselvirker med Higgs-feltet, jo tungere er de i klassisk forstand. Man har endnu ikke observeret denne Higgs-partikel, men mange uafhængige observationer, som alle underbygger modellen, peger i retning af, at den må eksistere, og at den har en masse, som ligger mellem ca. 120 og 220 gange protonens masse.

En af de første opgaver, som eksperimenterne ved LHC er sat i verden for at afklare, er, om Higgs-partiklen eksisterer og hvor tung den i givet fald er.

Med de nuværende data er eksistensen af Higgs-partiklen det sidste udestående problem i Standardmodellen. Alt andet stemmer!

Reparation eller nytænkning
Hvis den ikke opdages i løbet af et par år, vil der være behov for radikal nytænkning. Desværre er det sådan, at modellen har oplagte svagheder. Hvis man bruger den til at forudsige, hvad der sker, når man kolliderer partikler med meget høje energier, som det f.eks. skete i det meget tidlige univers, går det galt.

Det kan lettest sammenlignes med Hookes lov, som siger, at der er proportionalitet mellem den kraft der skal til at forlænge en fjeder og fjederforlængelsen.

For små kræfter beskriver Hookes lov på excellent vis de fleste fjedres måde at opføre sig på. Men som enhver ved, der har kedet sig til et møde og leget med fjederen i en kuglepen, bryder loven sammen for store kræfter og store udvidelser.

Derudover har Standardmodellen den svaghed, at den kun beskriver tre af de fire naturkræfter, den elektromagnetiske, den stærke kernekraft og den svage kernekraft.

Den sidste og svageste, gravitations­kraften, har det ikke været muligt at få med ind i Standardmodellen.

Der er to måder at komme omkring dette problem, enten reparerer man på Standardmodellen eller også starter man helt forfra med en mere omfattende teori.

Et eksempel på den første metode er de supersymmetriske modeller. De forudsiger, at der ud over alle de kendte partikler findes lige så mange nye partikler, hvis egenskaber er næsten magen til de gammelkendte, men de er meget tungere. Havde de været lige så lette som de 'normale' partikler, ville vi allerede have fundet dem.

Supersymmetri har derudover den fordel, at den letteste af de nye partikler er en særdeles god kandidat til at udgøre det astronomerne kalder universets mørke stof.

LHC vil hurtigt kunne sige, om der er hold i ideen om supersymmetri og senere pege på hvilken model der skal være den nye standard.

Den anden vej frem går gennem 10-dimensionale strengteorier eller 11-dimensionale bran-teorier, teorier om alting.

Fabrik for sorte huller
En række forudsigelser giver håb om, at LHC eksperimenterne kan be- eller afkræfte nogle af de bagomliggende ideer.

Produktion af små sorte huller er en forudsigelse, som man er parat til at se efter. Små sorte huller vil øjeblikkeligt fordampe, og det er fordampningsprodukterne man vil kunne se.

Bly-kollisionerne regner man med vil kunne kaste lys over stoffets egenskaber i det tidlige univers, hvor energikoncentrationen var så høj, at selv protoner og neutroner 'smeltede'.

Man taler om en kvark-gluon plasmafase, som gik forud for dannelsen af almindeligt stof. Det er håbet, at man ved LHC kan skabe små områder, på størrelse med en blykerne, hvor stoffet er så varmt som i det tidlige univers, og derved studere den fysik, som bestemte den videre udvikling.

Der er al mulig grund til at rette blikket mod Genéve når LHC går i gang.

En lang række spørgsmål vil finde deres svar, og mon ikke der er et par overraskelser i vente for de nysgerrige forskere?