Hypotetisk partikkelkalender: 2. desember – Gravitonet

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Gravitonet – den partikkelen som kanskje bærer tyngdekraften

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Hvordan virker tyngdekraften? Det vet vi virkelig ikke, som vi har filosofert over før her på kollokvium. Men vi kan jo ta litt lærdom fra de andre kreftene i naturen – hvordan virker de? Jo:

Den elektromagnetiske kraften virker ved at partikler utveksler andre små partikler kalt fotoner.

Den sterke kjernekraften virker ved at partikler utveksler andre små partikler kalt gluoner.

Den svake vekselvirkningen virker ved at partikler utveksler andre små partikler kalt W og Z.

Da er det vel ikke så unaturlig å gjette på at:

Tyngdekraften virker ved at partikler utveksler andre små partikler kalt – for eksempel – gravitoner?

Her stopper dessverre morroa. I motsetning til fotonet, gluonet, W og Z er et graviton aldri  sett i noe eksperiment, og fysikere har beregnet (f.eks. i denne artikkelen) at (sakset fra wikipedia):

Unambiguous detection of individual gravitons, though not prohibited by any fundamental law, is impossible with any physically reasonable detector. The reason is the extremely low cross section for the interaction of gravitons with matter. For example, a detector with the mass of Jupiter and 100% efficiency, placed in close orbit around a neutron star, would only be expected to observe one graviton every 10 years, even under the most favorable conditions. It would be impossible to discriminate these events from the background of neutrinos, since the dimensions of the required neutrino shield would ensure collapse into a black hole.

Marvel-figuren Graviton. Omtrent like ekte som den hypotetiske partikkelen gravitonet. Eller…?

Eller altså: Tyngdekraften er så svak at det å oppdage en enkelt partikkel vil være, om ikke prinsipielt så ihvertfall praktisk, umulig. Er vi i det positive hjørnet kan vi jo huske at dette er omtrent det samme Wolfgang Pauli sa om nøytrinoet i 1930 (se kalenderluken 1. desember), men problemene her er likevel enda mye større.

Et annet problem er at «gravitonet» ikke egentlig er godt forankret i noen teori. Tyngdekraften forstår vi i dag ut fra generell relativitetsteori, og den har ingen partikler i det hele tatt. «Kraften» er der ikke en kraft i det hele tatt, men en krumning av tidrommet inn i en hypotetisk ekstra dimensjon. Partikler har vi i steden i kvantefysikken, og det er kvantefysikk som beksriver fotonet, gluonet, W og Z. Prøver vi å lage en kvanteteori for tyngdekraften kommer vi tilbake til akkurat samme problem som over: Den er så svak at matematikken bare ikke virker skikkelig. (Perturbasjonsteori, som er verktøyet som brukes, har visse krav – kvantegravitasjon bryter dem.)

Gravitonet er dermet veldig, veldig hypotetisk – vi kan ikke oppdage det (og dermed er det heller ingen god vitenskapelig teori), og vi får ikke til å lage noen matematiske forutsigelser for det (som igjen gjør det til en dårlig vitenskapelig teori). Det er bare det at ideen om at denne kraften også bør ha en egen partikkel er så veldig, veldig besnærende…

Gravitonet blir nok ikke oppdaget med det første – men ei heller vil det gå sin vei. Det vil forbli i samlegruppen ‘hypotetiske partikler’ for overskuelig fremtid. Så lenge ikke naturen plutselig overrasker oss, da. Og det skjer jo aldri…? Stay tuned.

4 comments

  1. Carbomontanus · desember 2, 2012

    I denne søde juletid… det er ikke enda forresten. Først Barbara 4de december hun er min favoritt. Feires med å koke grønnkål eller brocolli på gamle avgnagde pølsesnabber og knoker og litt gryn eller flatbrød. Øl og kanskje en schnapps til. Det er Carotenet for å berge nattsynet. Og C- vitaminbombe Barbarea vulgaris er oppkalt og slekten Barbareaceae i korsblomstene.

    Samset:

    Når alt går galt og det går i dass i Italia så er det just en oppgave for St.a Barbara som berget tapende tropper og soldater og slosskjemper som hadde kjørt seg fast i tåka om senhøsten..det erikke julebord men at man berger nattsynet for mørketiden.

    Og så var det partriklene. Jeg har lenge ikke trodd på¨fotonet for jeg vet for mye om radiobølger og lydbølger Lyset er ikke materielt, det er materien som er kvantemekanisk og materiell og partikkulær, ikke lyset selv men dets randbetingelser er kvantemekaniske. Dermed også lysets virkninger og oppførsel i materien.

    Ser man etter gravitoner så se heller opp for svarte natta big bang hele universet og for de sorte hull. Det er partikulært alt sammen.

    Derfor peker jeg også så demonstrativt på bobler og dråper, som just er partikulære og kvantemekaniske, og formaner om at overfor bobler og dråper bør vi heller trene på disse ting. Det er gammelt allerede i fysikken, Rayleigh og Niels Bohr drev med det. Og snekrystaller er partikkulære. De er et ismolekyl ismolekylet i bestemt form entall. Kun i gassform har vannet molekylformen H2O. Dette syn kan enkelt tillempes om vi integrerer de reelle materielle former og virkende bindingskrefter.

    Det holder til juleknask, og husk at nøtter har karakter av å være slike A- Tomos…Innen Bio er det også svært vanlig med dette partikulære og speci fice og elementært pytagoreisk relaterende og sammenhengende.

  2. Bjørn · desember 2, 2012

    Det er en ting jeg ikke forstår hver gang jeg leser om dette: hvis gravitasjonen skal virke ved at det utveksles gravitoner, så burde vi nærmest svømme i dem, siden envher massepartikkel påvirkes av gravitasjonskrefter hele tiden. Hvordan kan kraften være overalt men partikkelen likevel så ekstremt sjelden? Eller er det slik at gravitonene faktisk *er* overalt men er teoretisk umulig å detektere som partikler medmindre de reagerer med andre partikler på en *annen* måte enn å gi gravitasjon?

    • Bjørn H. Samset · desember 2, 2012

      Hei Bjørn,

      ja, det stemmer i såfall – hvis det finnes gravitoner så er de over alt hele tiden. Tyngdekraften ser ut til å ha uendelig rekkevidde så de må være masseløse (akkurat som fotonet), og de må produseres og absorberes i hopetall. Samtidig er kraften såpass svak at hver enkelt av dem antakelig har forsvinnende liten energi.

      MEN så kommer problemet: Denne måten å tenke på er egentlig riv ruskende gal. Forståelsen av naturen i dag, og som vi gjerne vil utvide til tyngdekraften ved hjelp av et graviton, begynner egentlig med kvanteFELTENE og ikke partiklene. Det er jo f.eks. bare i noen tilfeller at vi egentlig kan kalle fotonet en partikkel – når det har høy energi. Har det lavere energ oppfører det seg mer om en bølge.

      «Gravitoner» ville tilsvarende vært høyenergi-grensen av en bølge i gravitasjonsfeltet – men dette feltet er så svakt at det aldri finnes noen slik grense. Derfor er hele ideen om gravitoner egentlig gal. Det blir som å diskutere lyden av et instrument som antakelig ikke finnes…

      (Mulig at kanten av et sort hull, der tyngdekraften er skikkelig sterk, ville vært et bra sted å forske på dette, men enn så lenge har vi ikke noe sånt til rådighet…)

      Vet ikke om dette gjorde ting klarere, men hvis det er noen trøst så er det ofte ikke veldig klart blant fysikere heller 😉

      Bjørn

  3. Tilbaketråkk: Hypotetisk partikkelkalender: 13. desember – Gravitinoet | Kollokvium

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s