Jakten pÄ det okÀnda: Hon söker den mörka materian

Den dominerar i universum och antas utgöra 85 procent av allt som finns. ÄndĂ„ förblir den en gĂ„ta. Uppsaladoktoranden Olga Sunneborn Gudnadottir har begett sig till Big bang-maskinen Cern i Schweiz i jakten pĂ„ den mörka materian.

Olga Sunneborn Gudnadottir Àr doktorand i experimentell högenergifysik, vid Uppsala universitet och söker den gÀckande mörka materian.

Olga Sunneborn Gudnadottir Àr doktorand i experimentell högenergifysik, vid Uppsala universitet och söker den gÀckande mörka materian.

Foto: Adam Wrafter

Uppsala2022-01-08 05:00

TÀnk dig en blomma, en Àdelsten, eller en stjÀrna pÄ himlen. Alla Àr de exempel pÄ materia, uppbyggt av nÄgra fÄ sorters smÄ, smÄ partiklar i olika kombinationer. I fysiken kallas de hÀr allra minsta, kÀnda byggstenarna för elementarpartiklar

Hur de pĂ„verkar varandra och interagerar beskrivs i den sĂ„ kallade standardmodellen, en teori som mycket framgĂ„ngsrikt lyckats förklara och förutse partiklars beteende och förekomst. Den har testats i experiment och alltid hĂ„llit. 

Men standardmodellen förklarar inte allt. Kanske lĂ„ter det mĂ€rkligt, men faktum Ă€r att den allra största mĂ€ngden materia i universum, kanske 85 procent, har vi inte lyckats se Ă€n. Den Ă€r okĂ€nd för oss och Ă€r inget standardmodellen kan förklara. 

Det hĂ€r Ă€r den mörka materian, en av vetenskapens största gĂ„tor. 

undefined
Doktoranden Olga Sunneborn Gudnadottir arbetar med nÄgra av naturvetenskapens verkliga "buzzwords", som hon sÀger, alltsÄ saker det snackas om, mörk materia, maskininlÀrning och "big data".

En som jagar svaret Àr Olga Sunneborn Gudnadottir, 29, doktorand i experimentell högenergifysik, vid Uppsala universitet.

– Vi vet att det finns mer massa i universum Ă€n vi kan se. Det Ă€r det vi försöker förklara. FrĂ€msta mĂ„let Ă€r att hitta ny fysik, nĂ„got okĂ€nt, nĂ„got bortanför standardmodellen, sĂ€ger hon.

Men hur kan vi veta att den mörka materian finns och utgör en sÄ stort del av universum, om vi aldrig lyckats se den? Jo, den mÀrks vÀl ÀndÄ. TÀnk pÄ en hundvissla; Vi mÀnniskor kan inte höra ljudet, men vi ser hunden springa.

Fenomen i rymden, som ljus som kröks eller galaxer som rör sig pÄ ett sÀtt som vi inte kan förklara med gravitationen hos den materia vi ser, indikerar att det finns nÄgot annat som pÄverkar.

undefined
Den hÀr bilden frÄn Nasa tros visa mörk materia nÀr tvÄ galaxer kolliderar. Det purpurfÀrgade molnet antas vara den mörka materian. Enligt forskarna kommer gravitationen efter kollisionen frÄn ett relativt tomt omrÄde pÄ himlen - ett tecken pÄ att nÄgot finns dÀr, som vi inte kan se.

Det var i mitten av 1900-talet som forskare först drog slutsatsen att mörk materian finns. Men vad den Ă€r, det Ă€r det som Ă€r gĂ„tan. För att fĂ„ svar krĂ€vs nya typer av observationer av den och det Ă€r dĂ€r Olga Sunneborn Gudnadottir kommer in i bilden. 

– Det jag bidrar till Ă€r att försöka se mer direkta spĂ„r av mörk materia, sĂ€ger hon.

För att lyckas med det krÀvs extrema förutsÀttningar, som vid Big bang-maskinen LHC, Large Hadron Collider, vid Cern i schweiziska GenÚve. Olga Sunneborn Gudnadottir tillbringar stor del av sin tid dÀr.

HĂ€r skickas protoner runt i en 27 kilometer lĂ„ng tunnel, en strĂ„le Ă„t varsitt hĂ„ll, i nĂ€ra ljusets hastighet. NĂ€r strĂ„larna kolliderar och partiklarna krockar uppstĂ„r mĂ€ngder av fenomen som kartlĂ€ggs i gigantiska detektorer. Den detektor, eller det experiment, dĂ€r Olga Sunneborn Gudnadottir och en grupp Uppsalaforskare Ă€r verksamma heter Atlas. Bara dit Ă€r tusentals forskare i nĂ€stan 40 lĂ€nder knutna. 

undefined
För Olga Sunneborn Gudnadottir Àr jakten pÄ mörk materia vid Cern i Schweiz större Àn drömjobbet. "Det hÀr Àr nÄgot jag inte ens kunnat drömma om", sÀger hon.

Precis som vid ursmÀllen Big bang borde mörk materia skapas i protonkrockarna i Schweiz underjord, tror forskarna. Olga Sunneborn Gudnadottirs roll Àr att ur de nÀrmast ofattbart stora datamÀngder som varje kollision leder till sÄlla fram bevis för det. Mer exakt söker hon efter mörka mesoner, partiklar som enligt vissa teorier Àr det som kan utgöra mörk materia.

– Hittills har vi inte lyckats hitta nĂ„gonting. Men bit för bit utesluter vi olika teorier, eller snarare begrĂ€nsar dem, kring hur förekomsten av mörk materia skulle arta sig. MĂ„let med varenda analys vi gör Ă€r att hitta nĂ„got, men hittills har vi bara uteslutit saker, sĂ€ger hon.

KĂ€nner du dig hoppfull om att ni Ă€ndĂ„ ska lyckas? 

– Oj, inte nu baserat pĂ„ att vi inte brukar göra det. Men jag ska leva i nĂ€stan 80 Ă„r till, sĂ„ jo, absolut tror jag att vi Ă„tminstone kommer hitta nya ledtrĂ„dar inom min livstid. Jag tĂ€nker pĂ„ det som ett pussel av ledtrĂ„dar dĂ€r vi mĂ„ste hitta bitar som saknas, sĂ€ger hon.

Hon kommer frÄn PÄlsboda i NÀrke. Men dialekten hörs bara nÀr hon blir arg, sÀger hon. Utan att tÀnka pÄ det ger hon Ànnu en liknelse av den mörka materian som finns dÀr men som inte mÀrks förutom i mycket sÀllsynta fall och bara kan registreras under speciella omstÀndigheter.

undefined
NÀra 100 meter under jord, i en 27 kilometer lÄng tunnel, skickas protonstrÄlar mot varandra i nÀra ljusets hastighet. I krocken uppstÄr fenomen som forskare vill studera, som bland annat kan visa förkomsten av mörk materia.

Men medan dialekten hörs ibland Ă€r det svĂ„rare att fĂ„ korn pĂ„ den mörka materien – trots att den alltsĂ„ dominerar. En förklaring kan vara att partiklarna inte interagerar med dem vi kĂ€nner till, som beskrivs i standardmodellen. De skulle helt enkelt en masse kunna passera förbi och genom oss, hela tiden, utan att vi mĂ€rker nĂ„got. UngefĂ€r sĂ„ fungerar det med en annan partikel, neutrinon, ofta kallad spökpartikeln eftersom den Ă€r sĂ„ hiskeligt svĂ„r att upptĂ€cka. Men det gĂ„r om man har en tillrĂ€ckligt stor och smart detektor. Uppsala universitet Ă€r involverad i en sĂ„dan neutrinodetektor, nere i Antarktis is, samt i utvecklingsprojekt av nya, större detektorer, ocksĂ„ pĂ„ Antarktis.

undefined
Den svÄrfÄngade neutrinon kan fÄngas av IceCubes mÀtningar i Antarktis is, och blir spÄr till det okÀnda ute i universum. Neutrinos passerar oss hela tiden mycket stort antal, utan att vi mÀrker nÄgot.

Kanske gĂ€ller samma sak för mörk materia, att detektorerna som ska fĂ„nga dess partiklar behöver vara större eller att det Ă€r lĂ€ngre tid som krĂ€vs. 

– Vid Cern försöker vi ju inte fĂ„nga in partiklar av mörk materia som passerar, dĂ€r försöker vi ju skapa dem i kollisioner. Kanske mĂ„ste vi upp i Ă€nnu högre energier i de hĂ€r partikelkrockarna för att vi ska kunna detektera mörk materia. Den kanske finns dĂ€r runt hörnet, precis utom rĂ€ckhĂ„ll för oss just nu, sĂ€ger Olga Sunneborn Gudnadottir.

I praktiken Ă€r hennes arbete att skriva datorkod. För jakten pĂ„ den mörka materian görs dĂ€r med datorkraft och maskininlĂ€rning. Datorprogrammen gĂ„r igenom den gigantiska mĂ€ngden information i varje kollision och signalerar nĂ€r nĂ„gon hĂ€ndelse innehĂ„ller de kriterier forskarna satt upp. 

– Dataanalysen dĂ€r vi sedan kontrollerar om det som skett stĂ€mmer med de hypoteser vi stĂ€llt upp kan ta Ă„r att göra. Det Ă€r sĂ„ komplext, sĂ€ger hon.

undefined
ProtonstrÄlarna i tunneln i Schweiz passerar genom flera detektorer. Det hÀr Àr en del av detektorn Atlas, dÀr Uppsalaforskare Àr verksamma.

Att fÄ arbeta vid Cernlaboratoriet och bidra till försöken att lösa ett av vetenskapens mysterier lÄter som en dröm för en ung forskare. För Olga Sunneborn Gudnadottir Àr det större ÀndÄ.

– Folk som kĂ€nner mig sĂ€ger att jag har mitt drömjobb, men jag kĂ€nner att jag inte ens vĂ„gat eller kunnat drömma om det hĂ€r. Det Ă€r verkligen jĂ€ttehĂ€ftigt.

Vad mörk materia skulle kunna anvĂ€ndas till gĂ„r inte att svara pĂ„ eftersom ingen vet vad det Ă€r. I populĂ€rkulturen har den anvĂ€nts som bĂ€rare av nĂ€rmast magiska egenskaper, som att vara medium för tidsresor (Netflixserien Dark) eller förbinda parallella vĂ€rldar (fantasytriologin Den mörka materian). 

undefined
Olga Sunneborn Gudnadottir, doktorand i experimentell högenergifysik, vid Uppsala universitet.

För vetenskapsmannen Olga Sunneborn Gudnadottir Ă€r mörk materia trots allt arbetsvardag. 

– Men nĂ€r vi pratar om det sĂ„ hĂ€r sĂ„ kĂ€nner jag att det kittlar. Det hĂ€r Ă€r ju sĂ„ spĂ€nnande. En upptĂ€ckt skulle vara nĂ„got fullstĂ€ndigt nytt. 

Jakten pÄ det okÀnda

Det hÀr Àr tredje delen i UNT:s serie om Uppsalaforskare som jagar det okÀnda. Tidigare har vi mött Erik Zackrisson, lektor vid Institutionen för fysik och astronomi, som söker intelligent liv i rymden genom, samt bibelvetaren Cecilia Wassén som söker den okÀnde, historiske Jesus.

Cernlaboratoriet dÀr Olga Sunneborn Gudnadottirn verkar, kunde 2012 visa att den sÄ kallade Higgspartikeln som förutsetts i teorin, verkligen fanns. Efter upptÀckten belönades teorins tvÄ upphovsmÀn med Nobelpriset.

SĂ„ jobbar vi med nyheter  LĂ€s mer hĂ€r!