Artikkel

Utvider jakten på mørk materie

Utvider jakten på mørk materie

CERN fant Higgs-partikkelen, nå jaktes de intenst på mørk materie. Men UiO-forskere går også nye veier for å løse universets største mysterium

I fjor ble LHC-partikkelakselratoren på CERN oppgradert, blant annet fordi man håpet å oppdage mørk materie. Mangfoldige partikkelkollisjoner senere har ennå ikke mørk materie blitt påvist. Er mørk materie helt umulig å oppdage med kjente midler?

Hva gjør vi da? Professor Torsten Bringmann fra Fysisk institutt ved UiO er med i en mørk materie-gruppe som prøver å se på alternative måter å oppdage mørk materie.

Vet ikke hva mørk materie er

Strategic dark matter initiative

SDI er et av 15 tverrfaglig toppforskningsmiljø ved MN-fakultetet.

Målet med gruppen er å bli et av verdens fremste forskningsmiljø på mørk materie.

Gruppen består av forskere fra Fysisk institutt og Institutt for teoretisk astrofysikk.

Ledes av professor Heidi Sandaker med professor Torsten Bringmann som nestleder.

Samarbeider med en rekke eksterne aktører. Blant annet LHC, EUCLID, NTNU og UiB.

Begrepet mørk materie begynner å bli etablert. Vi snakker om det som om det er noe der ute som er virkelig, men mørk materie er fortsatt også bare en idé, en hypotese.

Vi vet at astronomiske observasjoner forteller oss at over 90 prosent av materien i universet er usynlig.

Disse ukjente 90 prosentene er det vi kaller mørk materie. Den vanlige hypotesen går ut på at mørk materie er en hittil ukjent type elementærpartikkel.

– Det finnes massevis av hypoteser rundt mørk materie. Men vi vet egentlig ikke noe om den. Vi er i mørke, for å si det sånn, sier professor Bringmann.

Men vi trenger den mørke materien for å forklare universet.

Torsten Bringmann
Torsten Bringmann. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Gravitasjonsregnestykket går ikke opp uten mørk materie. Den forklarer hvorfor stjernene beveger seg slik de gjør og er også foreløpig den eneste måten vi har til å forklare rotasjonshastigheten til galaksene.

Mørk materie er helt grunnleggende for å forstå hvorfor universet ser ut som det gjør i dag. Uten mørk materie ville vi ikke ha noen strukturer i det hele tatt. Dette gjelder våre galakser, galaksehoper eller planeter som jorda!

Det rare er at vi vet mye om mørk materie, bare ikke hva det er.

– Det er ganske ironisk. I dag kan vi, ved å analysere den kosmiske bakgrunnsstrålingen, beregne ganske nøyaktig hvor mye mørk materie det er i universet. Likevel vet vi ingenting om hva det er.

Tror det er en ny elementærpartikkel

– Så hva er det egentlig de driver med på CERN når de leter etter mørk materie?

– De tar utgangspunkt i en hypotese om at den mørke materien vi registrerer som gravitasjon er en elementærpartikkel. En elementærpartikkel som kan vekselvirke med andre og derfor til slutt vil dukke opp under en partikkelkollisjon i superhøy fart.

– Kræsjer de partikler på "måfå" i håp om å oppdage mørk materie?

Leter etter mørk materie i universet
De fleste mener at mørk materie er en partikkel som kan oppdages. Foto: Wikimedia Commons

– Man mener at i begynnelsen må mørk materie ha vekselvirket med andre partikler. Da mørk materie ble skapt. Det er denne vekselvirkningen man prøver å gjenskape på CERN.

Men det finnes en mulighet for at mørk materie er en partikkel som ikke vekselvirker med andre partikler, bare seg selv.

Ja, hvis mørk materie ikke kan vekselvirke med vanlig materie. Da blir all den harde jobbinga på CERN satt ut av spill!

Dette får jo store konsekvenser for hvordan man skal oppdage den.

Bringmann har likevel fortsatt troen på CERN.

– Selv tror jeg jo at CERN kommer til å oppdage mørk materie. At mørk materie er en partikkel som på en eller annen måte vekselvirker. Men for hver dag som går og de ikke oppdager noe, jo lavere blir også sannsynligheten for at de kommer til å gjøre det. Poenget er at det begynner å ta litt tid. Og det kan bety at vi bør se på andre måter å oppdage mørk materie.

Hvis CERN skuffer. Hva da?

Hvis CERN ikke klarer å oppdage mørk materie er det fortsatt 90 prosent av gravitasjonen i universet vi ikke kan gjøre rede for.

Og da må vi se på alternativene til en oppdagelse i akselerator, forklarer Bringmann

Det ene er å oppdage mørk materie indirekte. Det vil si vi leter etter avfallet etter at to "mørk materie"-partikler har kollidert med hverandre et sted i vår galakse. Dette er feks noe romobservatoriet CTA prøver på.

Det finnes også en annen metode.

 Euclid skal undersøke mørk materie og mørk energi som danner universets struktur, her sett som tråder av galaksehoper.
Romteleskopet Euclid skal sendes opp i 2020 og har som en av sine oppgaver å se etter mørk materie. Foto: ESA

En annen metode er å direkte detektere en kollisjon mellom en mørk materie-partikkel og en en atomkjerne. Dette må gjennomføres med detektorer dypt begravet i under jorda for å unngå forurensing fra stråling.

Bringmann mener det ikke bare handler om å oppdage mørk materie.

– Vi må jobbe med mørk materie selv om vi ikke finner ut akkurat hva det er. For vi har ikke noen garanti for en oppdagelse.

Strategic dark matter initiative

Dette er utgangspunktet til «mørk materie-gruppa» på Fysisk institutt på UiO, Strategic dark matter initiative (SDI).

De ønsker ikke bare å finne mørk materie, de ser på hele bredden av mørk materie-forskning. Målet er kombinere forskning og data fra astrofysikk, astropartikkelfysikk og partikkelfysikk spesielt med  tanke på mørk materie.

Skal vi har noen meningsfulle hypoteser om mørk materie, så må vi ha noe vi kan sjekke. Det ville være fantastisk hvis vi oppdager den i en akselerator. Da ville vi ha noe veldig konkret å sjekke. Å ha noe konkret å prøve hypotesene mot. Hvis dette ikke skjer må vi bruke det vi har.

Og det vi har er gravitasjon.

– Det er jo slik vi kjenner til at mørk materie eksisterer, det at den har gravitasjon, eller påvirker gravitasjonen. Vi vet også noe om spredningen av mørk materie i universet. Hypotesene og teoriene vi utvikler må på en eller annen måte kunne sjekkes opp mot disse dataene.

Ser på all data

Og skal teoriene om mørk materie bli best mulig må de ha mer og bedre data. Og den leter de etter i flere store eksperimenter.

Gruppa skal spesielt se på data fra EUCLID, CTA og LHC.

– Satellitten EUCLID tar bilder av universet og ser etter mørk materie i den kosmiske bakgrunnsstrålingen, observatoriet CTA skel se etter avfall av mørk materie-kollisjoner  og samtidig fortsetter vi å lete etter mørk materie ved LHC. Vi skrinlegger ikke mørk materie-forskningen selv om man ikke finner noe ved LHC.

Kontakt:

Professor i teoretisk fysikk ved Fysisk institutt Torsten Bringmann

Les mer på Titan.uio.no:

Når grunnfjellet i universet rister

Et ekko fra Big Bang

En veritabel cliffhanger fra CERN

Rundtur i fysikkens mekka

Se UiO-filmen om mørk materie!

Forskningsgruppa Strategic dark matter initative

Les også

elementaerpartikler

Hvilken elementærpartikkel er du?

Ingvild Garmo Nilsson er antimyon. Hun jobber ved skolelaboratoriet på Cern, der de har laget en quiz som forteller deg hvilken elementærpartikkel du ligner mest på.

Professor Nils Christian Stenseth blar andektig i Mendels gamle manuskript

– Fantastisk opplevelse å få bla i Mendels manuskript

Professor Nils Chr. Stenseth har opplevd mye i løpet av en lang forskerkarriere, men besøket i St. Thomas-klosteret i den tsjekkiske byen Brno ble likevel noe utenom det vanlige. Der fikk Stenseth nemlig lov til å bla i et av biologiens aller viktigste verk: Munken Gregor Mendels håndskrevne originalmanuskript fra 1865.

Eva Lena Fjeld Estensmo undersøker hvor mye støv som har samlet seg på Kristine Bonnevie

Enkle støvprøver avslører hvem andre som bor i huset ditt

Eva Lena Fjeld Estensmo undersøker støvprøver fra barnehager og private hjem, for å kartlegge hva slags mikroskopiske sopper – både skadelige og harmløse – som vokser innendørs i Norge. Men analysemetodene er så fintfølende at støvprøvene til og med kan avsløre hva folk har i kjøleskapet.