Ljusning för mörk materia

På forskningsanläggningen CERN utanför Genève pågår en lång rad olika experiment med protoner som kolliderar i nästan ljusets hastighet i acceleratorn LHC. Mängden data ökar ständigt i takt med acceleratorns förbättrade kapacitet. Däremot är det svårare att hinna hantera och lagra dessa enorma datamängder som produceras. Därför sker ständigt en sållning av vilka data som forskarna ska titta närmare på eller inte.

– Om vi inte är försiktiga kan vi råka kasta bort data som innehåller ledtrådar till helt nya partiklar som vi forskare ännu inte känner till, exempelvis partiklar som bygger upp mörk materia, säger Caterina Doglioni som är partikelfysiker vid Lunds universitet och medlem av ATLAS-experimentet på CERN.

Jakten på mörk materia

Forskarvärlden har länge jagat efter svar kring den förbryllande mörka materia som en stor del av vårt universum består av. Endast fem procent av universum är materia som vi idag kan se och mäta. Resten, 95 procent, är outforskat och kallas för mörk materia och mörk energi. Detta antagande bygger bland annat på det faktum att galaxerna ute i rymden roterar som om det finns betydligt mer materia än vad vi kan se. 27 procent av universum uppges vara mörk materia och 68 procent mörk energi. Mörk energi anses vara det som får universum att ständigt accelerera i sin pågående utvidgning.

– Vi vet att den mörka materian finns. Den passerar igenom våra mätinstrument, men kan inte registreras, säger Caterina Doglioni.

Hon är en av forskarna bakom en ny studie med koppling till pågående forskning kring mörk materia. Studien fokuserar på hur man bättre kan utnyttja CERN:s enorma datamängder i jakten på den mörka materian. Doglioni och hennes partikelfysikkollegor, en grupp av forskare och studenter på Lunds universitet och CERN, har utvecklat en analysteknik som gör det möjligt att analysera betydligt mycket mer data än tidigare. Forskarna har riktat in sig på det analysområde där de tror det finns bäst chans att hitta spår efter de okända partiklar som skulle kunna ge ledtrådar om mörk materia. Liknande tekniker har tidigare använts av andra forskare vid experiment på CERN.

Tecken på okända krafter

Det man hoppas på är att hitta tecken på hittills okända partiklar som skulle kunna vara bärare av de okända krafter som i förlängningen utgör ett slags brygga mellan synlig och mörk materia, menar Doglioni.

– De här nya partiklarna kan sönderfalla till extremt kortlivade par av kvarkar, alltså själva byggstenarna till atomernas protoner och neutroner. När kvarkar sönderfaller bildas en typ av partikelskurar som vi kan hitta vid protonkollisionerna, säger Caterina Doglioni.

Hur lång tid det kan dröja innan ett genombrott sker i jakten på mörk materia vågar hon dock inte säga. Men svenska forskare är också involverade i andra, komplementära experiment inriktade på mörk materia, exempelvis ICECUBE, XENON1T och LDMX. Däremot konstaterar Doglioni att forskningsinsatserna ger spinoffeffekter under resans gång. Kunskapen kring att hantera dessa gigantiska datamängder har nämligen även ett värde utanför forskarvärlden och har bland annat inneburit att olika samarbeten har startats med industrisektorn.

Fakta om ATLAS

ATLAS är en av CERN:s experimentstationer. Där möts acceleratorringens två protonstrålar för att kollidera mot varandra med ofattbar energitäthet. Med hjälp av kollisionerna försöker forskarna ta reda på mer om hur materian är uppbyggd och vilka fler, okända partiklar som kan finnas utöver de kvarkar och andra byggstenar som hittills hittats – allt för att bidra till förståelsen av hur universum är uppbyggt.

Standardmodellen och den nya fysiken

Standardmodellen är den teori (naturlag) som fysikerna använder för att beskriva världen. Standardmodellen handlar dock enbart om den materia som vetenskapen känner till, och därför anses Standardmodellen numera bara vara en del i en större teori som beskriver världen. Insikten om att det mesta av universum istället består av okänd mörk materia och mörk energi gör partikelfysiken till ett ännu större äventyr, det som kallas jakten på den nya fysiken. Och i det sammanhanget finns det många frågor som vill ha svar: Finns det fler krafter än de fyra kända? Kan det finnas extra rumsdimensioner än de tre som människan uppfattar? Och hur små byggstenar består världen av egentligen – finns det något som är mindre än kvarkarna?

Studien:

Search for low-mass dijet resonances

Kontakt:

Caterina Doglioni, 046-222 76 95, 0760-97 57 34, caterina.doglioni@hep.lu.se