Hypotetisk partikkelkalender: 4. desember – Aksionet

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]

Aksionet – en mørk fetter til Higgsbosonet?

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.

Partikkelfysikkens mål er å «forstå» naturen ut fra bare et lite sett partikler og naturkrefter. Å «forstå» betyr her at vi vil ha en matematisk teori og et sett med regneregler som kan forutsi resultatet av alle eksperimenter vi kunne finne på å gjøre. Ikke akkurat et beskjedent mål, og alle er enige i at det er langt igjen før vi eventuelt når det, men samtidig så er det vi har i dag heller ikke dårlig. Vi har «standardmodellen for partikkelfysikk«, som inneholder noen av de grundigst testede forutsigelsene i hele fysikken.

En vitenskapelig teori må være testbar – det vil si at man må kunne avlede konsekvenser av den, og så sjekke om de stemmer. Higgsbosonet er en slik konsekvens av hvordan standardmodellen er skrudd sammen, og som vi så 1. desember ser det ut til at den består denne testen. En annen slik forutsigelse kalles «aksionet«. Hva er det for noe, og hvorfor er det ikke så berømt som fetter Higgs?

Naturen har en del absolutte regler. Energibevaring er kanskje den mest kjente av dem – energi kan ikke dukke opp eller bli borte, men bare gå over i andre former. Denne regelen overholdes av alle naturkreftene vi vet om, og i absolutt alle situasjoner.

Det finnes også en del andre slike regler, men som bare overholdes av noen av naturkreftene. I fysikk har vi noe som kalles CP-symmetri. Denne regelen sier at hvis du tar noe som skjer i naturen (et par partikler som kolliderer, for eksempel) og bytter ut alle partiklene med deres antipartikler («ladningskonjugerer» dem, «charge conjugation», eller altså C), og dessuten speilvender hele reaksjonen slik at frem blir bak, høyre blir venstre og opp blir ned («paritetsinverterer», eller P), så ser det som skjer helt likt ut. Oppførselen til partikler er identisk med oppførselen til deres antipartikler sett i et speil.

Ihvertfall er det sånn for noen partikler. Vi fant i 1964 (samme år som Higgsmekanismen først ble foreslått) ut at den svake vekselvirkningen ikke alltid bryr seg om denne regelen. I reaksjoner som den råder over, det vil si de som bæres av kraftpartiklene W og Z, så kan partikler oppføre seg ulikt deres antipartikler sett i speilet. For den sterke kjernekraften, derimot, holder CP-symmetrien bestandig.

Hvordan vet vi det? Jo, fordi hvis den ikke gjorde det så kan vi regne ut at nøytronet – en av de to partiklene som bygger opp atomkjernen – ville hatt egenskaper vi måler at den ikke har. (For eksperter: Nøytronet ville fått et elektrisk dipolmoment. Det har det ikke – ihvertfall ikke innenfor den presisjonen vi kan måle med i dag, som er ganske så god.)

Dermed sitter vi igjen med spørsmålet: Hvorfor overholder den sterke kjernekraften CP-symmetri, når den svake vekselvirkningen ikke gjør det?

Det er to muligheter her.

Den ene er «det er bare sånn». Det egentlige spørsmålet er «i hvor stor grad bryter den sterke kjernekraften CP-symmetri», og det kan hende at svaret bare tilfeldigvis er null – akkurat som lyshastigheten bare tilfeldigvis er akkurat så stor som den er.

En observasjon: Uansett hvor obskur den hypotetiske partikkelen er, så finnes det et produkt et sted i verden som heter det samme. Tilfeldig? Mnjaaa….

Den andre muligheten, foreslått i 1977, er at det finnes et ekstra felt i naturen. Et felt er noe som er over alt til enhver tid, omtrent som luften rundt oss, og som kan klumpe seg sammen og bevege seg, omtrent som et hardt, plutselig vindpust. Denne bevegende klumpen er en partikkel, og alle felt har en partikkel koblet til seg. Når man på 60-tallet laget Higgs-mekanismen forutsa man et Higgs-felt, og det er dette som gjør at teorien forutsier et Higgs-boson.

I 1977 forutsa Roberto Peccei og Helen Quinn at mangelen på CP-brudd i den sterke kjernekraften også skyldes et felt. Dette feltet vil også ha en partikkel koblet til seg, og denne partikkelen kalles aksionet.

Eksistensen av aksionet er altså en forutsigelse gjort ut fra hvordan standardmodellen virker. Når aksionet ikke er like berømt som Higgspartikkelen så er nok det fordi det ikke er absolutt nødvendig for teorien at dette nye feltet finnes. Det kan «bare være sånn» også, eller ha en annen forklaring. Higgsfeltet, derimot, er et slags være eller ikke være for standardmodellen slik den står i dag. Aksionet er dermed veldig analogt med Higgs-partikkelen, men langt mindre grunnleggende.

Eksperimenter verden over har lett etter aksionet siden tidlig på 80-tallet, men til tross for noen hint her og der har ingen klart å hevde noen oppdagelse. Se for eksempel eksperimentene PVLAS og Axion Dark Matter Experiment (ADMS). Det letes fortsatt, for hvis aksionet finnes så kan det være med på å forklare et av de store, gjenværende problemene innen partikkelfysikk: Hva består mørk materie av? Men det komme vi tilbake til bak opp til flere senere kalenderluker…

2 comments

  1. Carbomontanus · desember 4, 2012

    Samset
    Jasså, du driver julebakst. Min eldste sønn har scoret høyt som naturfaglærer i ungdomsskolen og fått klassen til å vinne en tur til NTNU om klima og oppfinnsomhet. Jeg har hatt mye adgang og mulighet til å veilede ham i fysikk og lære oss om gravitasjonsfeltet her vi bor og om de molekylært materielle og elektromagnetiske og vitale randbetingelser og muligheter. Han stilte en gang med et helt stativ fullt av diverse småkaker og partikler. Og jeg har vist dette med printkort og transistorer og ICer og motstander og kondensatorer og amperevindinger.

    Så er geologien og jordbunnslæra viktig, men der tror jeg man må være kjemiker først. Jeg får det til også innen høytemperatur. Nede under 120 grader har du fløtekarameller men oppover har vi sulfat silicat og fosfat og aluminat , og 1,2,3 og 4 verdig katjoner og kan komponere glass keramikk og terracotta og sintre og bake kaker der og helt opp i hvitglød. Der må det glue riktig.

    Men vi kan lære mye av å studere og bruke snøen, snøballer og snømenn og klabbeføre, Og Komposittmaterialer der og. Man kan slå spiker i tælafrosten. Under WW2 foreslo de et enormt skip av sagflis og tælafrost som billigste materiale som skulle seile med fly og tanks og bensin fra Canada og over til England og som ville holde i 2-3 år.

    Nei jeg glemte et materiale til. det er Casein. Ost er noe som kleber. Ostekitt står i boka mi fra 1885. I det området har man også aspique og sylte. Så har vi albumin det er eggehvite. Og fiskelim. Hvetemelslim og rugmelsklister er vel hydrat og carbohydrat, der må vi ta standpunkt til julegrøt. I snømenn er det også hydrat som kleber og binder. Så må vi kjenne potetstivelse og maisstivelse….på Folkemuseets juleutstilling stilte Valdres med særlige flatbrød av poteter hvetemel og byggmel. Bedre kan det ikke gjøres. Den massen gluer meget bra og kan kjevles meget flat. Smaken er helt suveren.

    Nok et fenomen er leire og kvikkleire. Man klassifiserer leire ved hvor lange marker man kan rulle mellom hendene, hvor godt det gluer.

    Halm og Hestemøg egyptisk betong til vandskelige kjernestøb saasom Automobilmotoren.. står i boka mi fra 1885.

    Så må tonene koble og henge sammen i lufta. Der er jeg ekspert og får til å koble pnevmatiske oscillatorer til å gå fasekoblet coherent i rommet. Den ene lydbølge kan glue til den annen ved svake krefter og gå coherent i feltet.

    I bakeriet så gjør vi det kunstig artistisk og lager for eksempel mann og konekaker og pepperkakehus, men så er det det store mysterium at noe synes å bake seg selv og til konstante og konsekvente kvanta av bestemte former i Naturen tilsynelatende uten artistisk menneskelig hjelp ……og vi har det allerede innen synsvidde. Det synes jeg at vi først bør se opp for og finne ut av.

  2. Tilbaketråkk: Mørk materie, mørk energi – og verdens minste sprettball | 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