Hypotetisk partikkelkalender: 10. desember – WIMP

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]

WIMP – partiklenes lille nerd?

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.

Moderne fysikk har et stort og pinlig problem. Bak alle lukene til nå har vi snakket om mulige utvidelser innenfor rammeverket av standardmodellen for partikkelfysikk – en flott teori som beskriver alt stoff vi vet om med imponerende god presisjon.

Problemet er bare at den ikke beskriver stoff vi ikke vet om – og vi vet at mengden stoff vi ikke vet om må være ganske stor.

Forvirret? Hvordan kan vi vite om noe vi ikke vet om?

Hvis du slenger en bøtte rundt etter hanken så må du dra med en kraft for å få den til å bevege seg i en fin bue. Hadde du målt farten til bøtta og kraften du må dra med, så kunne du regnet ut hvor tung den er. Det samme kan vi gjøre med galakser. Der vet vi kraften – det er bare tyngdekraften, beskrevet av Isaac Newton på 1600-tallet – og hastigheten, som astrofysikee kan måle på snedig vis. Allerede på 1930-tallet ble det oppdaget at galaksene roterer for fort. Det må være mer stoff der inne enn det vi ser som lysende stjerner og gass. Siden har flere og flere målinger av ulik type kommet til, og i dag er vi ikke i tvil:

Hvis alt i universet er laget av fine, fargede gelebønner – hva er da alle de mørke greiene? Smakfull illustrasjon av problemet fra FermiLab. NB: Det er absolutt ikke meningen å antyde at man er en WIMP hvis man spiser gelebønner. Nei da.

For hvert kilo stoff der ute som lyser – som er beskrevet av dagens standardmodell og de partiklene vi vet om – så er det minst fire kilo til med noe vi dølt nok kaller «mørk materie». Mørk fordi den ikke lyser – det vil si at den ikke reagerer på den elektromagnetiske kraften – og materie fordi vi på fancy vis kan avgjøre at den må være stoff av noe slag.

Hva er denne mørke materien for noe? (Klikk lenken for å se en koselig peisprat om dette temaet.) Her er det, som du sikkert gjetter, åpning for enormt mange kreative forslag.

Dagens hypotetiske partikkel er egentlig ikke en partikkel som sådan, men en samlebetegnelse på en type partikler som kan utgjøre mørk materie: WIMP – Weakly Interacting Massive Particle. Altså: Det er en partikkel, den er massiv (og ergo føler den tyngdekraften), og den er svakt vekselvirkende (ergo føler den den svake vekselvirkningen vi snakket om bak luken i går). Den bryr seg ikke om den elektromagnetiske kraften, og heller ikke om den sterke kjernekraften. Hadde den gjort noen av disse tingene, ville den ikke passet med det vi har målt så langt.

Så – hva er en WIMP for noe? Vi skal se flere forslag senere i kalenderen, men vi kan jo alt nå legge merke til at den ligner veldig på nøytrinoer. Disse spøkelsesaktige partiklene reagerer også bare via (såvidt) tyngdekraften og (fjærlett) den svake vekselvirkningen.

Nøytrinoer greier vi i dag å måle ved å bruke for eksempel digre tanker med vann, der vi håper at de flyktige partiklene skal komme til å dunke borti et vannmolekyl. Noe tilsvarende gjøres i dag for å oppdage WIMPer. Store blokker med stoff settes dypt nede i gruver, der ingen andre partikler kommer til. Håpet er at en WIMP skal komme flygende gjennom og dunke borti et atom eller to, slik at bevegelsen kan måles og vi indirekte kan si at partikkelen var der. Det har kommet mange nesten-oppdagelser av WIMPer de siste årene, men ingen som er solid nok til at de har blitt helt godtatt av fellesskapet.

WIMPen – eller noe som ligner på den – vet vi at må være der, men vi regner den likevel som hypotetisk. Akkurat som W´ og Z´ som vi diskuterte i går så vil en oppdagelse av en WIMP åpne en dør til å bestemme hvilken av alle de mulige foreslåtte kandidatene til mørk materie som faktisk er den virkelige – eller eventuelt noe ingen av oss har forventet. Høst sannsynligvis det, egentlig.

(PS: Liker du navnet? WIMP, for en liten, puslete partikkel som ikke kan slå fra seg? Da vil du sikkert også like Massive Compact Halo Object (MACHO) og Robust Associations of Massive Baryonic Objects (RAMBO). Disse forskerne, disse forskerne…)

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