”En neutrinodetektor kan lösa fysikens gåta – nu krävs mobilisering”

2021-06-23 14:30  

Det här är en debattartikel. Åsikterna som framförs är skribentens egna.

DEBATT. ESS kan ge svaret på fysikens olösta gåta – med en underjordisk neutrinodetektor i en gruva 50 mil från Lund. Om vi ska lyckas krävs ett stort stöd från svensk industri och svenska politiker, skriver Tord Ekelöf och Colin Carlile.

Alldeles utanför Lund byggs världens kraftfullaste protonaccelerator, ESS, European Spallation Source. Den ska användas för att generera ett unikt högt flöde av neutroner som kommer att möjliggöra världsledande studier av atomstrukturen hos många olika typer av material, till exempel biologisk vävnad och magnetiska material. 

Vi leder ett internationellt projekt som handlar om att uppgradera ESS-acceleratorn så att den i högre grad också kan användas för forskning kring grundläggande fysik. Genom att, förutom neutroner, generera neutriner och myoner skulle ESS kunna ge svaret på en gåta som hittills gäckat forskare över hela världen. Projektet kallas ESS Neutrino Super Beam.

Nuvarande vetenskapliga observationer tyder på att det vid Big Bang frigjordes enorma mängder energi som resulterade i skapandet av lika delar materia och antimateria. Enligt fysikens så kallade symmetrilagar borde de två typerna av materia bara ögonblick senare helt ha utplånat varandra. Men materian kom uppenbarligen att dominera över antimaterian, vilket ledde till ett universum – och så småningom mänskligt liv. Frågan är – hur kunde detta ske?

Viktiga forskningsgenombrott har givit oss Big Bang-teorin och standardmodellen för partikelfysik. Därigenom kan många av universums egenskaper beskrivas och förklaras – dess ålder, struktur, utveckling och accelererande expansion. Upptäckten av Higgs-partikeln gav visst ytterligare stöd till standardmodellen, men flera andra observationer visar dess brister och självmotsägelser. 

Vad vi fysiker kallar CP-symmetri – att en partikels egenskaper är oförändrade om man ändrar tecknet på dess laddning (C) och förvandlar den till dess spegelbild (P) – kräver att en partikel uppträder på samma sätt som sin antipartikel.

När en partikel kolliderar med sin antipartikel utplånas de och övergår i energi i form av ljus. Denna process utnyttjas i PET-kamerorna på våra sjukhus – elektroner och positroner förintar varandra och omvandlas till högenergetiskt röntgenljus med vilket man kan skapa bilder av inre kroppsorgan.

Omvänt måste för varje partikel som skapades ur energi i Big Bang också en antipartikel ha skapats. För att förklara det fenomen som strax efter Big Bang ledde till förekomsten av fler partiklar än antipartiklar måste principen om CP-symmetrin ha brutits.

Forskare har, utan framgång, letat efter ett tydligt brott mot CP-symmetri hos alla elementarpartiklar – utom hos neutriner! Orsaken till detta är att neutriner växelverkar oerhört svagt med materia och därför är mycket svåra att detektera. Det är nödvändigt att ha ett extremt intensivt flöde av neutriner och en mycket stor detektor för att kunna mäta deras egenskaper.

Det är här ESS kommer in i bilden. Ingen annanstans i världen kommer ett så högt flöde av neutriner att kunna produceras. Även om det finns anläggningar i Japan och USA behövs en än kraftfullare anläggning för att tydligt påvisa och mäta CP-symmetribrottet. 

Vårt förslag innebär att en unikt intensiv neutrinostråle riktas mot en mycket stor underjordisk neutrinodetektor ungefär 50 mil från Lund. Lämpliga platser för detektorn har identifierats i Garpenberg och Zinkgruvan.

Ett konsortium av forskare från elva europeiska länder har studerat hur ESS-acceleratorn ska kunna uppgraderas och den underjordiska neutrinodetektorn konstrueras. Ny banbrytande teknik kommer att behövas och för detta är medverkan av svensk högteknologisk industri nödvändig. 

Erfarenheten visar att stora tekniska utmaningar av denna typ undantagslöst leder till nya innovationer och applikationer inom it, vård, energiteknik och miljöskydd – områden som är viktiga för den fortsatta utvecklingen av vårt samhälle och vår kultur.

Om vi ​​ska lyckas i denna satsning krävs ett starkt stöd, inte bara från forskarsamhället utan också från svensk industri, svenska politiker och från allmänheten, men med de genombrott som är inom räckhåll bör en mobilisering av ett sådant stöd inte vara omöjlig.

 

Tord Ekelöf, vetenskaplig ledare för ESS Neutrino Super Beam  

Colin Carlile, tidigare generaldirektör för ESS

 

Mer om: Debatt ESS

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Debatt