Jakten på det okända: Hon söker den mörka materian

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

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

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

Foto: Adam Wrafter

Uppsala2022-01-08 05:00

Tänk dig en blomma, en ädelsten, eller en stjärna på himlen. Alla är de exempel på materia, uppbyggt av några få sorters små, små partiklar i olika kombinationer. I fysiken kallas de här allra minsta, kända byggstenarna för elementarpartiklar

Hur de påverkar varandra och interagerar beskrivs i den så kallade standardmodellen, en teori som mycket framgångsrikt lyckats förklara och förutse partiklars beteende och förekomst. Den har testats i experiment och alltid hållit. 

Men standardmodellen förklarar inte allt. Kanske låter det märkligt, men faktum är att den allra största mängden materia i universum, kanske 85 procent, har vi inte lyckats se än. Den är okänd för oss och är inget standardmodellen kan förklara. 

Det här är den mörka materian, en av vetenskapens största gåtor. 

undefined
Doktoranden Olga Sunneborn Gudnadottir arbetar med några av naturvetenskapens verkliga "buzzwords", som hon säger, alltså saker det snackas om, mörk materia, maskininlärning och "big data".

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

– Vi vet att det finns mer massa i universum än vi kan se. Det är det vi försöker förklara. Främsta målet är att hitta ny fysik, något okänt, något bortanför standardmodellen, säger hon.

Men hur kan vi veta att den mörka materian finns och utgör en så stort del av universum, om vi aldrig lyckats se den? Jo, den märks väl ändå. Tänk på en hundvissla; Vi människor kan inte höra ljudet, men vi ser hunden springa.

Fenomen i rymden, som ljus som kröks eller galaxer som rör sig på ett sätt som vi inte kan förklara med gravitationen hos den materia vi ser, indikerar att det finns något annat som påverkar.

undefined
Den här bilden från Nasa tros visa mörk materia när två galaxer kolliderar. Det purpurfärgade molnet antas vara den mörka materian. Enligt forskarna kommer gravitationen efter kollisionen från ett relativt tomt område på himlen - ett tecken på att något finns där, som vi inte kan se.

Det var i mitten av 1900-talet som forskare först drog slutsatsen att mörk materian finns. Men vad den är, det är det som är gåtan. För att få svar krävs nya typer av observationer av den och det är där Olga Sunneborn Gudnadottir kommer in i bilden. 

– Det jag bidrar till är att försöka se mer direkta spår av mörk materia, säger hon.

För att lyckas med det krävs extrema förutsättningar, som vid Big bang-maskinen LHC, Large Hadron Collider, vid Cern i schweiziska Genève. Olga Sunneborn Gudnadottir tillbringar stor del av sin tid där.

Här skickas protoner runt i en 27 kilometer lång tunnel, en stråle åt varsitt håll, i nära ljusets hastighet. När strålarna kolliderar och partiklarna krockar uppstår mängder av fenomen som kartläggs i gigantiska detektorer. Den detektor, eller det experiment, där Olga Sunneborn Gudnadottir och en grupp Uppsalaforskare är verksamma heter Atlas. Bara dit är tusentals forskare i nästan 40 länder knutna. 

undefined
För Olga Sunneborn Gudnadottir är jakten på mörk materia vid Cern i Schweiz större än drömjobbet. "Det här är något jag inte ens kunnat drömma om", säger hon.

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

– Hittills har vi inte lyckats hitta någonting. Men bit för bit utesluter vi olika teorier, eller snarare begränsar dem, kring hur förekomsten av mörk materia skulle arta sig. Målet med varenda analys vi gör är att hitta något, men hittills har vi bara uteslutit saker, säger hon.

Känner du dig hoppfull om att ni ändå ska lyckas? 

– Oj, inte nu baserat på att vi inte brukar göra det. Men jag ska leva i nästan 80 år till, så jo, absolut tror jag att vi åtminstone kommer hitta nya ledtrådar inom min livstid. Jag tänker på det som ett pussel av ledtrådar där vi måste hitta bitar som saknas, säger hon.

Hon kommer från Pålsboda i Närke. Men dialekten hörs bara när hon blir arg, säger hon. Utan att tänka på det ger hon ännu en liknelse av den mörka materian som finns där men som inte märks förutom i mycket sällsynta fall och bara kan registreras under speciella omständigheter.

undefined
Nära 100 meter under jord, i en 27 kilometer lång tunnel, skickas protonstrålar mot varandra i nära ljusets hastighet. I krocken uppstår fenomen som forskare vill studera, som bland annat kan visa förkomsten av mörk materia.

Men medan dialekten hörs ibland är det svårare att få korn på den mörka materien – trots att den alltså dominerar. En förklaring kan vara att partiklarna inte interagerar med dem vi känner till, som beskrivs i standardmodellen. De skulle helt enkelt en masse kunna passera förbi och genom oss, hela tiden, utan att vi märker något. Ungefär så fungerar det med en annan partikel, neutrinon, ofta kallad spökpartikeln eftersom den är så hiskeligt svår att upptäcka. Men det går om man har en tillräckligt stor och smart detektor. Uppsala universitet är involverad i en sådan neutrinodetektor, nere i Antarktis is, samt i utvecklingsprojekt av nya, större detektorer, också på Antarktis.

undefined
Den svårfångade neutrinon kan fångas av IceCubes mätningar i Antarktis is, och blir spår till det okända ute i universum. Neutrinos passerar oss hela tiden mycket stort antal, utan att vi märker något.

Kanske gäller samma sak för mörk materia, att detektorerna som ska fånga dess partiklar behöver vara större eller att det är längre tid som krävs. 

– Vid Cern försöker vi ju inte fånga in partiklar av mörk materia som passerar, där försöker vi ju skapa dem i kollisioner. Kanske måste vi upp i ännu högre energier i de här partikelkrockarna för att vi ska kunna detektera mörk materia. Den kanske finns där runt hörnet, precis utom räckhåll för oss just nu, säger Olga Sunneborn Gudnadottir.

I praktiken är hennes arbete att skriva datorkod. För jakten på den mörka materian görs där med datorkraft och maskininlärning. Datorprogrammen går igenom den gigantiska mängden information i varje kollision och signalerar när någon händelse innehåller de kriterier forskarna satt upp. 

– Dataanalysen där vi sedan kontrollerar om det som skett stämmer med de hypoteser vi ställt upp kan ta år att göra. Det är så komplext, säger hon.

undefined
Protonstrålarna i tunneln i Schweiz passerar genom flera detektorer. Det här är en del av detektorn Atlas, där Uppsalaforskare är verksamma.

Att få arbeta vid Cernlaboratoriet och bidra till försöken att lösa ett av vetenskapens mysterier låter som en dröm för en ung forskare. För Olga Sunneborn Gudnadottir är det större ändå.

– Folk som känner mig säger att jag har mitt drömjobb, men jag känner att jag inte ens vågat eller kunnat drömma om det här. Det är verkligen jättehäftigt.

Vad mörk materia skulle kunna användas till går inte att svara på eftersom ingen vet vad det är. I populärkulturen har den använts som bärare av närmast magiska egenskaper, som att vara medium för tidsresor (Netflixserien Dark) eller förbinda parallella världar (fantasytriologin Den mörka materian). 

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

För vetenskapsmannen Olga Sunneborn Gudnadottir är mörk materia trots allt arbetsvardag. 

– Men när vi pratar om det så här så känner jag att det kittlar. Det här är ju så spännande. En upptäckt skulle vara något fullständigt nytt. 

Jakten på det okända

Det här är tredje delen i UNT:s serie om Uppsalaforskare som jagar det okända. 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 okände, historiske Jesus.

Cernlaboratoriet där Olga Sunneborn Gudnadottirn verkar, kunde 2012 visa att den så kallade Higgspartikeln som förutsetts i teorin, verkligen fanns. Efter upptäckten belönades teorins två upphovsmän med Nobelpriset.

Så jobbar vi med nyheter  Läs mer här!