Hvor går veien videre?

Fremdeles ingen spor etter mørk materie

Illustrasjon: Hvor gjemmer du deg, mørke materie?
Illustrasjon: Hvor gjemmer du deg, mørke materie? Foto: Jakub Grygier / Shutterstock / NTB scanpix

Hvis såkalte WIMP-partikler finnes så må de være nokså sære. Men professor Are Raklev sier at det finnes en zoologisk hage av mørke hypoteser, og nå ser forskerne at søket har utvidet seg.

Det er noe som ikke stemmer. Stjerner, planeter og gasser har ikke nok masse til å kunne forklare hvorfor de holdes på plass i galakser av tyngdekraften. Galaksene roterer for raskt, stjernene skulle egentlig spunnet ut til alle retninger. Det er «noe» der som gjør at galaksene er tyngre enn de ser ut, og dette noe kalles mørk materie.

Hele 83 prosent av universets masse er et mysterium.

De siste tretti årene har vi ikke sett snurten av noe mørk materie gjennom eksperimenter designet for å avsløre de mest populære kandidatene.

– Det er en gryende følelse av «krise» på feltet mørk materie, som kommer av fraværet av bevis for de mest populære kandidatene for mørk materie, til tross for den enorme innsatsen som er blitt gjort for å finne disse partiklene, påstår Gianfranco Bertone og en kollega i en artikkel i tidsskriftet Nature med tittelen «A new era in the search for dark matter». Denne tar kort for seg hva vi så langt har funnet ut, og hvor forskerne kommer til å lete videre.

– Men jeg vil argumentere for at det er en god ting. For nå vil nye muligheter melde seg. Personlig er jeg optimistisk om at vi vil lære mye mer om mørk materie i løpet av det neste tiåret, sier Bertone til Nature sin podcast.

Les også: Vi har mørk materie rundt oss

De vakre WIMPene

Den mest lovende forklaringen på hva mørk materie er for noe har vært såkalte weakly interacting massive particleseller WIMP. Dette er hypotetiske partikler som har masse og dermed påvirker tyngdekraften, men ellers farer de bare gjennom vanlig materie.

Are Raklev, professor ved fysisk institutt ved UiO. Foto: UiO
Are Raklev, professor ved fysisk institutt ved UiO. Foto: UiO

Jakten på WIMP-ene har foregått i partikkel-krasjeren LHC i Cern og i Large Underground Xenon-detektoren (LUX) som ligger dypt nede i en gruve i Sør-Dakota.

Are Raklev, professor ved Universitetet i Oslo og ekspert på astropartikkelfysikk, forklarer hvorfor WIMP er en så hot kandidat for å forklare mørk materie.

– Det handler om magiske tall, hvis det finnes en partikkel som bare har det vi kaller for elektrosvake interaksjoner med verden, en såkalt weak particle, så vil det automatisk være akkurat riktig mengde av den til å forklare mørk materie. Det er noe som har blitt kalt WIMP-miraklet.

Men jakten har så langt ikke ført frem.

– Er det snart på tide å sette en strek over denne hypotesen?

– Det er nesten umulig å fullstendig ekskludere muligheten for å finne en WIMP-partikkel. Men etter hvert som du leter etter den med stadig mer sensitive eksperimenter, så blir det mindre plass igjen til den. Den må da ha en veldig sær oppførsel for å unnslippe alle de eksperimentelle forsøkene som prøver å finne den.

Raklev forklarer at dette handler om ønsket om at fysikken skal være vakker eller «naturlig».

– Den som leiter mister etter hvert troen, fordi modellene du er nødt til å benytte blir så innvikla og spesielle. Det skal helst føles naturlig og elegant. Når vi leiter mer og mer etter WIMP og ikke finner den så blir den mindre og mindre elegant og mer sær.

Personlig har Raklev ikke mistet troen på WIMP-en og tror vi bør gi den 5 – 10 år til.

Les også: Skjønnheten leder fysikk på ville veier

(Artikkelen fortsetter under bildet)

Figuren viser fem hovedideer om hva mørk materie er, videre flere ideer med litt samme utgangspunkt. (Illustrasjon: Brukt med tillatelse fra Nature: Nature, "A new era in the search for dark matter", Gianfranco Bertone & Tim M. P. Tait. [COPYRIGHT] Oktober, 2018.)
Figuren viser fem hovedideer om hva mørk materie er, videre flere ideer med litt samme utgangspunkt. (Illustrasjon: Brukt med tillatelse fra Nature: Nature, "A new era in the search for dark matter", Gianfranco Bertone & Tim M. P. Tait. [COPYRIGHT] Oktober, 2018.)

En eksplosiv teori

Men at folk går rundt og kjenner på noen «krisestemning» vil ikke Raklev være med på.

– Nei, det er et tøysete ord å bruke. Det handler mer om at det nå har blitt en naturlig overgang til å lete etter andre forklaringer på mørk materie.

Og det mangler ikke på ideer å utforske. Tidligere har Raklev jobbet med en alternativ kandidat som kalles gravitino. Det er den ukjente partneren til den tenkte partikkelen graviton. Et graviton er den partikkelen man tror overfører gravitasjonskreftene, akkurat som fotonet, lyspartikkelen, overfører elektromagnetisk kraft.

– Gravitonet har vi aldri heller sett. Jeg hadde en kjæreste en gang som vitset om at det eneste jeg jobbet med, var hypotetiske partnere til hypotetiske partikler.

Den sprøeste hypotesen Raklev kjenner til stammer fra den danske teoretikeren Holger Bech Nielsen. Han mener å kunne forklare den ekstreme Tunguska-eksplosjonen i Sibir i 1908 med at det var en klump med mørk materie bestående av 12 toppkvarker som raste inn over ødemarken og ødela kilometervis med skog.

Apropos sprø teorier så er det også foreslått at mørk materie kan lage sine egne «molekyler» og danne en mørkt skyggeunivers med planeter og stjerner midt inne i det universet vi lever i. Eller er kanskje den mørke materien krøllet opp skjult i en femte dimensjon som i teorien om Kaluza-Klein- partikkelen.

Les også: Skjult skyggeunivers - midt iblant oss

Sorte hull relansert som forklaring

– Om vi går tilbake til de litt mer sentrale hypotesene, er det noen som tegner seg som en ny toppkandidat?

– Ikke veldig klart. Axioner er en av favorittene, så har vi har sterile nøytrinoer. Nå har man også relansert sorte hull som en kandidat, selv om man lenge har vært ganske sikre på at det ikke er sorte hull.

Årsaken til fornyet interesse for sorte hull som forklaring på mørk materie er påvisningen av gravitasjonsbølger. Dersom forklaringen på den manglende massen i universet er en mengde sorte hull, trenger vi kanskje ikke hypotetiske partikler.

– Oppdagelsen av gravitasjonsbølger ser ut til å indikere at det finnes mange flere sorte hull av en bestemt type, såklalte urhull, enn det vi trodde.

– Men det er en del problemer med teorien. For det første så er det problematisk å forestille seg hvordan alle disse sorte hullene skulle blitt skapt i det tidlige universet. Vi vet stort sett hva som ville laget urhull: det at det finnes små fortetninger i stoffet i det tidlige universet som trekker til seg mer og mer stoff ved hjelp av gravitasjon og til slutt klapper sammen til et sort hull. Vi skjønner bare ikke hvordan dette skal skje tilstrekkelig mye til å forklare all mørk materie.

– Så er det også vanskelig å forestille seg at vi har unngått å oppdage en stor samling av massive sorte hull allerede. Vi har lett etter dem.

Raklev tror derfor at denne hypotesen ikke vil føre frem.

Jakter på axioner ved hjelp av speilvegger

Faktisk har vi funnet en type mørk materie-partikkel. Disse passer til begrepet ved at de ikke reflekterer eller absorberer lys, de interagerer ikke med annen materie og det fyker milliarder av dem tvers gjennom oss hele tiden. Disse luringene kalles nøytrinoer.

– De er definitivt en mørk materie-partikkel, men de er ikke den mørke materien vi leter etter.

De er nemlig ikke tunge nok til å gjøre opp for all den massen som mangler, ikke på langt nær. Men forskere har en idé om at partikkelen kan ha et tyngre søsken, et såkalt sterilt nøytrino. Disse virker enda sjeldnere inn på annen materie, faktisk så sjeldent at det ville tatt hele universets livstid for at et av dem skulle treffe inn i et atom. Da virker det ganske håpløst. Men de vil kunne henfalle til noe vi kan se, fotoner.

Det er ved hjelp av fotoner man også håper å oppdage mørk materie kandidaten axionet.

– Det er noen ganske nye eksperimenter hvor forskere prøver å finne axioner. Disse kalles «lys gjennom veggen-eksperimenter».

De foregår ved at massevis av fotoner reflekteres frem og tilbake mellom to reflekterende speil i et sterkt magnetfelt. Så følger man med på om et foton skulle finne på å dukke opp på baksiden av speilveggene.

– Fotoner skal ikke kunne gå gjennom vegger. Om det skjer så må de i et øyeblikk ha forvandlet seg til et axion, for disse kan gå igjennom.

Partiklenes tyngre søsken

Jakten på mørk materie henger sammen med ønsket om å finne en teori om alt. På 70-tallet ble elektromagnetismen bundet sammen med den svake og sterke kjernekraften i standardmodellen. Men fysikere har enda ikke klart å forene den fjerde naturkraften, tyngdekraften med de tre andre.

Teorien om supersymmetri kan bidra til å løse dette problemet og samtidig forklare mørk materie.

– Supersymmetri er en ide om at det finnes et ekstra sett av elementærpartikler som er tyngre enn dem vi kjenner, såkalt superpartnere.

Forskere har forsøkt å oppdage beviser for supersymmetri i partikkelakseleratoren LHC, men det har foreløpig ikke dukket opp noe som tyder på at slike skyggepartikler finnes. Eller har det det?

Raklev forteller at han og kolleger har gjort en metaanalyse av data fra LHC.

– Det vi har gjort er å se på en mengde søk etter supersymmetri, og når vi slår alt sammen og behandler dataene statistisk på en ordentlig måte, så dukker det opp et ganske betydelig overskudd av LHC-kollisjoner hvor det skjer noe rart.

Dette rare er at det finnes en ubalanse i noen kollisjoner.

– Du ser at du har laget et stoff og det stoffet er på vei i en retning, men i den andre retningen er det ikke noe rekyl. Da kan du derifra slutte at du må ha produsert noe usynlig.

Raklev og de andre venter nå i spenning på at resten av dataene fra LHC som er tatt det siste året skal analyseres. Kan det være en sensasjon rundt hjørnet?

– Det kommer ikke til å dukke opp før i mars, så vi kan ikke si noe sikker før det, men det blir spennende.

Artikkelen ble først publisert av Forskning.no

Mer fra ABC Nyheter
Siste fra forsiden
05:36 Voldelige opptøyer etter valget i Bolivia05:30 Dette skjedde i natt05:30 Afrikanske migranter sier de ville reist til Europa selv om de visste om farene05:27 Trondheim fengsel kritiseres for behandling av forvaringsdømte04:43 Prognose: Justin Trudeau kan danne regjering04:34 Mann pågrepet etter skuddløsning i Oslo sentrum03:36 Nasa vil sende utlendinger til månen også03:20 Bolivias president nær ved å vinne valget02:58 Høyre og MDG samarbeider i bydeler i Oslo02:50 Norske styrker fortsetter i Irak02:02 Pompeo: Trump er forberedt på å gripe inn når amerikanske interesser er truet01:15 Venstre-lederen: Jeg er best for partiet videre01:09 Studie: Klimaendringer gjør El Niño sterkere00:23 Israel og Jordan ber Trump beholde soldater i Syria23:26 Uroen fortsetter i Chile – nytt portforbud innført22:45 FN advarer om dramatisk befolkningsnedgang i Sørøst-Europa22:04 Enighet om byrådsplattformen i Oslo21:52 Tok opp kampen mot mishandling: – Alkoholmisbruk gikk ut over hesten21:49 Mattilsynet: 11.400 kilo kjøtt stoppet på grensen21:36 Hegerberg nominert til Ballon d'Or21:29 Facebook: – Står overfor stadig mer sofistikerte angrep21:09 Bare én brannmann brukte bilbelte i ulykken i Kvinesdal21:05 Gulljagende Bodø/Glimt snublet hjemme mot Mjøndalen20:31 Her er de mest urolige flyturene19:08 Slik ville skolen hindre juks18:10 Fly måtte snu da kjemikalie-lekkasje førte til at kabinansatte besvimte17:32 Carlsen satte rekord med remis mot Aronian – 101 strake partier uten tap17:13 BMW-tyver i Oslo-området går etter ratt og annet dyrt utstyr17:01 Brexitavtalen nektet lagt fram – Parlamentet startet lovprosessen16:31 Marianne Borgen fortsetter som ordfører i Oslo15:46 SIAN-leder om hattiltale: – Dette er faktaformidling15:29 Morgenbladets redaktør går av etter lang tids konflikt15:22 Superstjerne skulle spille Knausgård – så satte forfatteren foten ned15:07 Mann møter i retten tiltalt for drapsforsøk om bord i tog14:59 Julian Assange fikk ikke retten med på å utsette utleveringssak14:59 Stanset vanntilførsel til overfylt og omstridt teltleir14:53 Bjørgen tviler på om langrennsporten vil overleve14:50 Oppgang i det globale aksjemarkedet etter samtaler mellom USA og Kina14:19 Viken Venstre vraker Trine Skei Grande14:04 Toppserien innfører sluttspill: – Vil heve produktet14:03 Syriske kurdere kaster poteter på amerikanske soldater13:57 Tsjekkia hevder å ha avslørt russisk spionnettverk13:48 NFF vil forlenge Lagerbäcks kontrakt12:51 Tiltalt nekter for drap og mishandling av kona12:50 Tenåring slått og ranet i Oslo – fire tenåringer pågrepet11:56 Nye Ålesund er årets nynorskkommune11:55 Kallmyr om Oslo-volden: – Fattigdom er ingen unnskyldning11:54 Frykter at Erdoğans angrep tapper boligmarkedet i Tyrkia11:54 Mange lemlestes for livet – nå har legene fått nok11:42 Premier League-spiss tatt for promillekjøring11:07 Sterkeste pundkurs på fem måneder10:57 Endelig rapport etter Lion Air-ulykken snart klar10:52 Full storm i Midt-Norge tirsdag10:35 Frynset forhold mellom USA og Tyrkia skaper debatt om atomvåpen10:35 NRK slår sammen regionale TV-sendinger10:17 Høyre håper på Sp for videre samtaler i Bergen10:16 Iran advarer Tyrkia mot å etablere militært nærvær i Syria10:02 Konkursbegjæring for kosmetikkjeder - 1.300 ansatte berørt09:52 Svensk langrennsprofil mister hele sesongen09:52 Ruud falt på verdensrankingen09:51 Enighet om reformer i Libanon09:51 Far siktet for seksuell omgang med mindreårig i tillegg til drapsforsøk09:34 Tysk minister: – EU trenger noen dager til brexitavgjørelse09:33 FNB-styret snur om eksklusjon av medlemmer i Sandnes09:21 Barndomsstedet rasert av flom – da fikk Oddbjørn en idé09:19 Mot dødt løp mellom Trudeau og Scheer i Canada09:16 Woodward: – Ingen planer om United-salg08:18 Gustav Witzøe overtar som konsernsjef i SalMar08:18 Solberg på «ukjent» besøk i Irak08:11 Klopp mener Solskjær forsvarte seg til ett poeng08:09 Trump vil DNA-teste alle asylsøkere07:37 Politiet patruljerte på Facebook – fem bøtelagt07:30 Kina anklager japansk professor for spionasje07:26 Turister pågrepet for droneflyging ved marinebase07:14 Rundlurte Nav: Fikk både lønn og millioner i uførepensjon07:12 Galaxy videre i MLS-sluttspillet06:24 Japans eksport faller for tiende måned på rad06:10 Her herjer tornadoen i Texas05:53 Jordskjelv har rammet stillehavsøya Vanuatu05:50 Dette skjer i dag05:43 Norge på sjetteplass over beste pensjonssystemer i verden05:30 Dette skjedde i natt05:15 Kanonvalg for De grønne i Sveits05:05 Sensurert forside på flere australske aviser03:17 Myndighetene utvider portforbudet i Chile02:49 Morales tar første stikk i valget i Bolivia02:17 Minst 30 døde i bussulykke i Kongo02:15 Wild tok seier uten Zuccarello02:09 Murray tok sin første seier på over to år01:45 Nyvalg i april i Nord-Makedonia00:58 Fem døde i brann i klesfabrikk i uroen i Chile00:19 Politiet etterforsker bilbrann i Oslo23:58 TV-aksjonen har fått inn 220 millioner kroner23:56 Tyskland: – Tyrkias militæroffensiv er brudd på internasjonal rett23:10 Ti drept i artilleriangrep i Kashmir22:49 Carlsen tangerte langsjakkrekord med seier mot Matlakov22:49 Milan mistet seieren på overtid i Piolis første kamp22:02 Carlsen tangerte langsjakkrekord med seier mot Matlakov22:01 Sarpsborg reddet poeng mot Brann ett minutt før slutt21:47 Molde tok nytt steg mot seriegull
Siste nytt
05:36VerdenVoldelige opptøyer etter valget i Bolivia05:30NorgeDette skjedde i natt05:30VerdenAfrikanske migranter sier de ville reist til Europa selv om de visste om farene05:27NorgeTrondheim fengsel kritiseres for behandling av forvaringsdømte04:43VerdenPrognose: Justin Trudeau kan danne regjering04:34NorgeMann pågrepet etter skuddløsning i Oslo sentrum03:36VerdenNasa vil sende utlendinger til månen også03:20VerdenBolivias president nær ved å vinne valget02:58NorgeHøyre og MDG samarbeider i bydeler i Oslo02:50NorgeNorske styrker fortsetter i Irak02:02VerdenPompeo: Trump er forberedt på å gripe inn når amerikanske interesser er truet01:15NorgeVenstre-lederen: Jeg er best for partiet videre01:09VerdenStudie: Klimaendringer gjør El Niño sterkere00:23VerdenIsrael og Jordan ber Trump beholde soldater i Syria23:26VerdenUroen fortsetter i Chile – nytt portforbud innført22:45VerdenFN advarer om dramatisk befolkningsnedgang i Sørøst-Europa22:04NorgeEnighet om byrådsplattformen i Oslo21:52NorgeTok opp kampen mot mishandling: – Alkoholmisbruk gikk ut over hesten21:49NorgeMattilsynet: 11.400 kilo kjøtt stoppet på grensen21:36SportHegerberg nominert til Ballon d'Or21:29VerdenFacebook: – Står overfor stadig mer sofistikerte angrep21:09NorgeBare én brannmann brukte bilbelte i ulykken i Kvinesdal21:05SportGulljagende Bodø/Glimt snublet hjemme mot Mjøndalen20:31ReiseHer er de mest urolige flyturene19:08VerdenSlik ville skolen hindre juks18:10VerdenFly måtte snu da kjemikalie-lekkasje førte til at kabinansatte besvimte17:32SportCarlsen satte rekord med remis mot Aronian – 101 strake partier uten tap17:13MotorBMW-tyver i Oslo-området går etter ratt og annet dyrt utstyr17:01VerdenBrexitavtalen nektet lagt fram – Parlamentet startet lovprosessen16:31NorgeMarianne Borgen fortsetter som ordfører i Oslo15:46NorgeSIAN-leder om hattiltale: – Dette er faktaformidling15:29NorgeMorgenbladets redaktør går av etter lang tids konflikt15:22NorgeSuperstjerne skulle spille Knausgård – så satte forfatteren foten ned15:07NorgeMann møter i retten tiltalt for drapsforsøk om bord i tog14:59VerdenJulian Assange fikk ikke retten med på å utsette utleveringssak14:59VerdenStanset vanntilførsel til overfylt og omstridt teltleir14:53SportBjørgen tviler på om langrennsporten vil overleve14:50PengerOppgang i det globale aksjemarkedet etter samtaler mellom USA og Kina14:19PolitikkViken Venstre vraker Trine Skei Grande14:04SportToppserien innfører sluttspill: – Vil heve produktet14:03VerdenSyriske kurdere kaster poteter på amerikanske soldater13:57VerdenTsjekkia hevder å ha avslørt russisk spionnettverk13:48SportNFF vil forlenge Lagerbäcks kontrakt12:51NorgeTiltalt nekter for drap og mishandling av kona12:50NorgeTenåring slått og ranet i Oslo – fire tenåringer pågrepet11:56KulturNye Ålesund er årets nynorskkommune11:55NorgeKallmyr om Oslo-volden: – Fattigdom er ingen unnskyldning11:54PengerFrykter at Erdoğans angrep tapper boligmarkedet i Tyrkia11:54Helse og livsstilMange lemlestes for livet – nå har legene fått nok11:42SportPremier League-spiss tatt for promillekjøring11:07PengerSterkeste pundkurs på fem måneder10:57VerdenEndelig rapport etter Lion Air-ulykken snart klar10:52NorgeFull storm i Midt-Norge tirsdag10:35VerdenFrynset forhold mellom USA og Tyrkia skaper debatt om atomvåpen10:35KulturNRK slår sammen regionale TV-sendinger10:17PolitikkHøyre håper på Sp for videre samtaler i Bergen10:16VerdenIran advarer Tyrkia mot å etablere militært nærvær i Syria10:02PengerKonkursbegjæring for kosmetikkjeder - 1.300 ansatte berørt09:52SportSvensk langrennsprofil mister hele sesongen09:52SportRuud falt på verdensrankingen09:51VerdenEnighet om reformer i Libanon09:51NorgeFar siktet for seksuell omgang med mindreårig i tillegg til drapsforsøk09:34PolitikkTysk minister: – EU trenger noen dager til brexitavgjørelse09:33PolitikkFNB-styret snur om eksklusjon av medlemmer i Sandnes09:21NorgeBarndomsstedet rasert av flom – da fikk Oddbjørn en idé09:19PolitikkMot dødt løp mellom Trudeau og Scheer i Canada09:16SportWoodward: – Ingen planer om United-salg08:18PengerGustav Witzøe overtar som konsernsjef i SalMar08:18PolitikkSolberg på «ukjent» besøk i Irak08:11SportKlopp mener Solskjær forsvarte seg til ett poeng08:09VerdenTrump vil DNA-teste alle asylsøkere07:37NorgePolitiet patruljerte på Facebook – fem bøtelagt07:30VerdenKina anklager japansk professor for spionasje07:26NorgeTurister pågrepet for droneflyging ved marinebase07:14PengerRundlurte Nav: Fikk både lønn og millioner i uførepensjon07:12SportGalaxy videre i MLS-sluttspillet06:24PengerJapans eksport faller for tiende måned på rad06:10VerdenHer herjer tornadoen i Texas05:53VerdenJordskjelv har rammet stillehavsøya Vanuatu05:50NorgeDette skjer i dag05:43PengerNorge på sjetteplass over beste pensjonssystemer i verden05:30NorgeDette skjedde i natt05:15PolitikkKanonvalg for De grønne i Sveits05:05KulturSensurert forside på flere australske aviser03:17VerdenMyndighetene utvider portforbudet i Chile02:49PolitikkMorales tar første stikk i valget i Bolivia02:17VerdenMinst 30 døde i bussulykke i Kongo02:15SportWild tok seier uten Zuccarello02:09SportMurray tok sin første seier på over to år01:45PolitikkNyvalg i april i Nord-Makedonia00:58VerdenFem døde i brann i klesfabrikk i uroen i Chile00:19NorgePolitiet etterforsker bilbrann i Oslo23:58NorgeTV-aksjonen har fått inn 220 millioner kroner23:56VerdenTyskland: – Tyrkias militæroffensiv er brudd på internasjonal rett23:10VerdenTi drept i artilleriangrep i Kashmir22:49SportCarlsen tangerte langsjakkrekord med seier mot Matlakov22:49SportMilan mistet seieren på overtid i Piolis første kamp22:02SportCarlsen tangerte langsjakkrekord med seier mot Matlakov22:01SportSarpsborg reddet poeng mot Brann ett minutt før slutt21:47SportMolde tok nytt steg mot seriegull
Populært