Ny fysikteori postulerer en ekstra naturkraft
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Ny fysikteori postulerer en ekstra naturkraft

Illustration: CMS/Cern

På Syddansk Universitet i Odense finder man grundforskningscentret Centre for Particle Physics Phenomenology, også kaldet CP3-Origins. Her sidder en flok teoretiske fysikere og prøver at finde ud af, hvad universet egentlig består af – sådan på det allermest fundamentale niveau. De er nemlig ret sikre på, at de nuværende teorier ikke formår at tegne det fulde billede. Der skal noget nyt til.

Det nye kunne være den teori, som centerleder Francesco Sannino netop har publiceret i samarbejde med Alessandro Strumia fra Cern i Schweiz, Andrea Tesi fra University of Chicago i USA og Elena Vigiani fra universitetet i Pisa i Italien.

Ifølge teorien, der er beskrevet i artiklen ‘Fundamental partial compositeness’ i det videnskabelige tidsskrift Journal of High Energy Physics, findes der en ekstra naturkraft ud over de fire kendte – tyngdekraften, den elektromagnetiske kraft, den stærke vekselvirkning og den svage vekselvirkning. Der eksisterer også en række nye elementarpartikler, som kan sættes sammen på måder, der giver hundredvis af nye sammensatte partikler.

Artiklen fortsætter under grafikken

Illustration: MI Grafik

»Det har længe været en udfordring at finde en teori, der kan give alle partikler masse, og hvor Higgs-partiklen er sammensat. Men nu har vi et alternativ til standardmodellen,« siger Francesco Sannino.

Standardmodellen har siden 1970’erne været en rigtig god teori for, hvad alting består af. Den beskriver alle de kendte elementarpartikler samt vekselvirkningerne mellem dem. Fysikerne kan bruge teorien til at forklare, hvordan naturens mindste dele kan kombineres, så vi kan få et univers som det, vi kan observere.

Igennem de forløbne årtier har standardmodellen fejret store trium­fer, idet fysikerne har brugt den til med stor præcision at forudsige resultater af et utal af eksperimenter, og fjeren i hatten var opdagelsen af Higgs-partiklen i 2012. Higgs-partiklen var nemlig den sidste af de elementarpartikler, som standardmodellen postulerede eksistensen af, der manglede at blive fundet. Nu er standardmodellen komplet.

Men nok er standardmodellen en fantastisk og uhyre brugbar teori, men den er ikke den endelige sandhed om naturens beskaffenhed. Der mangler noget. Den mest åbenlyse mangel er, at teorien ikke redegør for tyngdekraften, for det kniber gevaldigt med at få forenet Einsteins almene relativitetsteori, der beskriver tyngdekraft som et udtryk for rumtidens krumning, med kvantemekanikken, som beskriver naturens opførsel på de mindste skalaer.

Desuden har standardmodellen ikke noget godt bud på, hvad det mørke stof i universet kan være. Teorien har også problemer med at redegøre for, hvorfor vi lever i et univers med meget mere stof end antistof, og hvorfor neutrinoer har masse. Derfor er fysikerne overbeviste om, at der er en ny og mere grundlæggende teori, der venter på at blive opdaget.

Én Higgs-partikel, to techni-kvarker

»Standardmodellen ser ud til at virke, men vi ved, at den ikke kan være den endelige teori. Så det er vigtigt at undersøge, om der er alternativer til standardmodellen, som dramatisk kan ændre vores opfattelse af naturen. Vi har udviklet sådan en teori, hvor vi forudsiger hundredvis af nye partikler, hvoraf nogle kan findes i løbet af de kommende 15-20 år – en teori, der er fuldt ud forenelig med alt, vi ser i dag,« fortæller Francesco Sannino.

På CP3-Origins har fysikerne længe været fans af en klasse af teo­rier, der går under navnet techni­color, og den nye teori fra Francesco Sannino og de tre andre forskere har da også hentet de fleste af sine elementer herfra. Ideen er, at standardmodellen skal udvides med en ny technicolor-naturkraft formidlet af tre techni-gluoner samt to techni­-kvarker og 12 techni-skalarer, altså en pæn samling af nye elementarpartikler.

Til gengæld er den såkaldte Higgs-partikel, som er fundet ved hjælp af den enorme partikelacccelerator LHC, ikke en elementarpartikel. I stedet er det en sammensat partikel, der består af to techni-­kvarker bundet tæt sammen af techni-gluoner. Den partikel, vi kender som Higgs-partiklen, er ifølge teorien blot den letteste af mange sammensatte partikler, som består af de fundamentale techni-partikler.

I standardmodellen giver Higgs-feltet, som Higgs-partiklen er manifestationen af, masse til alle elementarpartiklerne. Higgs-feltet virker så at sige som mudder, som de fleste af partiklerne skal kæmpe sig igennem, så de ikke alle sammen farer af sted med lysets hastighed. I den nye teori om fundamental partielsammensathed kommer massen i steder fra den kobling, som de kendte stof-partikler har til techni-elementarpartikler. Mudderet har en anden tekstur, men virker på samme måde.

Det lyder frygtelig indviklet, men ifølge Francesco Sannino er teorien ikke særlig kompliceret, blot noget ‘rigere’ end standardmodellen. Sådan må det være, hvis man vil have et solidt alternativ til den model, som godt nok har givet de rigtige resultater indtil nu, men som ikke kan være den fulde sandhed.

Eksperimenter røber retningen

For både standardmodellen og den nye teori gælder, at tyngdekraften ikke er inkluderet. Den store, forkromede teori for alting må vente lidt endnu. Til gengæld har Sanninos teori den styrke, at den forudsiger nye partikler, som skulle være til at finde med LHC-acceleratoren eller med den næste generation af partikelacceleratorer. Før de eksperimentelle resultater indfinder sig, er det dog umuligt at sige, om teorien fører os nærmere sandheden om naturen.

Som Jørgen Beck Hansen, der er lektor i eksperimentel subatomar fysik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, udtrykker det:

»Vi savner et input fra eksperi­menterne. Naturen skal afsløre noget fundamentalt nyt for os, så vi kan finde ud af, hvilken underliggende teori vi skal have fat i. Lige nu står vi ved en skillevej, hvor der er masser af skilte, der peger i forskellige retninger. En af retningerne er Sanninos teori med en ny naturkraft og en sammensat Higgs-partikel, men vi ved ikke, om det er den vej, vi skal gå. Det kan også være supersymmetri, ekstra dimensioner eller noget fjerde, der er den rigtige retning.«

Gode teorier at læne sig op ad

Videnskab drives fremad i et samspil mellem teori og eksperiment, og Jørgen Beck Hansen er glad for, at han som eksperimentalfysiker har teorier, han kan læne sig op ad:

»Det er godt, at vi har en idé om, hvad vi skal være opmærksomme på, når vi måler. Teorier som denne kan inspirere os eksperimentalfysikere til, hvad vi skal kigge efter, og hvor vi skal kigge.«

Francesco Sannino er enig:

»Vi vil gerne fortælle eksperimentalfysikerne, hvor de skal lede efter de nye partikler – hvor de kan gemme sig. Med supercomputere skulle vi kunne finde massen på den letteste sammensatte techni-partikel efter Higgs-partiklen. Nye partikler skulle i hvert fald dukke op i den nye generation af acceleratorer, der kommer efter LHC,« siger han.

Spørgsmålet er, om den nye teori både giver de rette forudsigelser og kan levere de brikker, som fysikerne mangler. Den skal gerne kunne fortælle, hvad det mørke stof kan være, give en god forklaring på, hvorfor der er overhovedet er stof i universet, og redegøre for neutrinoernes natur. Det skal fysikerne i gang med at undersøge, om den kan. Rejsen mod ny fysik er kun lige begyndt.

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"som skulle være til at finde med LHC-acceleratoren eller med den næste generation af partikelacceleratorer"

Ja, så har de jo lige lavet et argument for at bygge en endnu større partikelaccelerator, og dermed sikre økonomisk støtte i endnu et årti eller to. Hvor belejligt ...

  • 1
  • 9
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten