Artikkel

Jakter på mørk materie med partikler som går raskere enn lyset

Cherenkov Telescope Array - sørlige halvkule
Når Cherenkov Telescope Array er ferdig utbygd, skal observatoriet bestå av over 100 teleskoper på La Palma (Kanariøyene) og i ørkenen i Chile. Foto: Gabriel Pérez Diaz

Jakter på mørk materie med partikler som går raskere enn lyset

Første spadetak er tatt for det som blir verdens kraftigste observatorium for å studere stråling fra rommet. Norge deltar, ihvertfall i startfasen.
Heidi Sandaker
Heidi Sandaker har en forkjærlighet for dvergspiralgalakser. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

— Cherenkov Telescope Array, CTA, blir et kraftig verktøy for å studere ekstreme fenomener som kosmisk stråling, nøytronstjerner og sorte hull, forteller Heidi Sandaker, professor i partikkelfysikk ved UiO. — For vår del er vi mest interessert i den mørke materien.

Er du usikker på hva mørk materie er, kan du se en video lenger ned i saken

Jordas atmosfære bombarderes konstant med kosmisk stråling, noe av den er partikler fra sola, men mesteparten kommer fra utenfor solsystemet vårt. En del av den kosmiske strålingen er fotoner med svært høy energi, gammastråling.  

Strålingen kommer fra ulike kilder, det kan dreie seg om rester av supernovaeksplosjoner, raskt roterende og ultratette stjerner kjent som pulsarer eller galakser med supermassive, sorte hull i senteret.

Når gammastrålingen kolliderer med molekyler i atmosfæren, skapes det en skur av nye partikler, som elektroner og positroner (antipartikkelen til elektronet, brukes blant annet til PET-undersøkelser på sykehus).  

Overlyspartikler

Noen av partiklene får så høy hastighet at de beveger seg raskere enn lyset. Men er det mulig, da? Fra relativitetsteorien vet vi jo at ingenting kan gå raskere enn lyshastigheten.

Men det gjelder i vakuum. I atmosfæren vår er lyshastigheten bittelitt lavere enn i vakuum. Dermed kan vi faktisk få partikler som går raskere enn lyset. Når det skjer, sendes det ut et svakt, blått lys kalt tsjerenkovstråling.

Tsjerenkovlyset fra en skur av partikler varer bare noen milliarddeler av et sekund og er spredt over et stort areal. Dessuten er slike hendelser svært sjeldne: Fra sterke gammakilder i universet er det beregnet at man bare får ett signal én gang i året pr. kvadratmeter.

Det er den blå tsjerenkovstrålingen som Cherenkov Telescope Array, CTA, har fått navnet sitt fra, og det er denne strålingen forskerne skal bruke til å forstå fenomener i universet.

Når det er ferdig utbygd, skal observatoriet bestå av over 100 teleskoper fordelt på kanariøya La Palma og ørkenen i Chile.

— De sterkeste kildene til gammastråling har vi fra vår egen galakse, og de er det enklest å observere fra den sørlige halvkula, sier Sandaker.

Fra La Palma kommer forskerne til å studere gammastråling fra fjernere kilder enn i Melkeveien.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Torsten Bringmann
Det finnes mange spnnende teorier om mørk materie, forteller Torsten Bringmann. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Rester av mørk materie

Men hva har så alt dette med mørk materie å gjøre?

— Vi tenker oss at mørk materie-partikler kolliderer i rommet og dermed produserer gammastråling, som igjen krasjer med atmosfæren vår og skaper tsjerenkovstråling. Så må vi regne oss tilbake til hva som har skapt gammastrålingen, forklarer Sandaker, som innrømmer at det er litt av et puslespill, siden det er så mange prosesser som kan skape gammastråling.

Hun og kollegene har en liten forkjærlighet for dvergspiralgalakser, en galaksetype med få stjerner, men mye mørk materie.

— Da kan vi få et fint signal uten så mye bakgrunn, det vil si signaler som kommer fra andre kilder, sier Sandaker.

— Fra Melkeveiens sentrum venter vi oss egentlig et mye kraftigere mørk materie-signal, men der finnes det også mange astrofysiske kilder. Det kan altså være veldig utfordrende å se forskjellen, og det må man før man kan si om man har funnet mørk materie, istemmer Sandakers kollega, Torsten Bringmann, professor i teoretisk fysikk.

Elektromagnetisk spekter
Elektromagnetisk spekter. Gammastråler er – på samme måte som synlig lys – elektromagnetisk stråling, men med mye høyere energi. CTA gjør det også mulig å teste tyngre mørk materie-partikler enn det man kan med LHC på CERN. Illustrasjon: CTA (link is external) (link is external) (link is external) (link is external) (link is external) (link is external)

Kompletterer LHC

Sandaker bruker også Atlas-eksperimentet ved LHC, CERNs store akselerator, til å studere mørk materie. I eksperimentene der forsøker forskerne å lage mørk materie-partikler ved å la protoner med høy energi kollidere.

— Det er litt smak og behag hvilken letemetode som er vanskeligst, mener hun. — I LHC kan vi selv bestemme når kollisjonene skal skje. I rommet har vi høyere energi tilgjengelig, men vi må vente på kollisjonene.

— CTA gir oss mulighet til å teste tyngre mørk materie-partikler enn det vi kan ved LHC, sier Bringmann. — Det finnes mange spennende teorier om hva mørk materie med den typen egenskaper kan være, det kan for eksempel være et tegn på eksistensen av ekstra dimensjoner.

De to leder UiOs mørk materie-forskning, Strategic Dark Matter Initiative. Forskningsmiljøet er i finalerunden for å bli Senter for fremragende utdanning, SFF.

– Ikke så vågale

Norge deltar ikke i andre mørk materie-eksperimenter enn LHC, EUCLID-satellitten til ESA (skytes opp i 2020) og CTA, når det kommer igang.

Til sammenlikning deltar Sverige i en hel haug eksperimenter, også innen forskning på nøytrinoer, som er noen veldig lette elementærpartikler. Studier av nøytrinoer er et hett tema i fysikken for tiden.

— Vi er ikke så vågale på forskningsfronten i Norge, mener Heidi Sandaker.

Se video om hvorfor man tror mørk materie finnes, og hva forskerne gjør for å finne ut mer om hva det er:

Kontakt:

Professor Heidi Sandaker, Fysisk institutt
Professor Torsten Bringmann, Fysisk institutt

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Sunniva Rose foran CACTUS-detektoren ved UiOs syklotronlaboratorium

Styrker argumentene for thorium som kjernebrensel

FNs klimapanel peker på tre teknologier som kan bidra til å løse de globale klimaproblemene. – Her i Norge driver vi med «cherrypicking», sier kjernefysiker Sunniva Rose. – Det skal liksom ikke snakkes om kjernekraft. Hun gjør det likevel.

Leucauge venusta

A new web of life

For the first time biologists have made a full family tree of the world's spiders, giving us knowledge about venoms that can be useful in medicine.