Cern – 50 år av jättekollisioner

2021-11-20 08:00  

TEKNIKHISTORIA. 100 meter ner i den schweiziska myllan ställs de stora frågorna om universums minsta partiklar i världens största partikelaccelerator. En 27 kilometer lång cikulär tunnel som leder till jordens undergång, ansåg kritikerna som drog Cern inför Europadomstolen.

Cirka 1 miljard protonkollisioner varje sekund, i en metod som går ut på att bygga upp så mycket energi att nya partiklar bildas i smällarna. Syftet är att få svar på frågor så stora att de är svåra att greppa. Om hur universum och dess materia fungerar, om alltings början och tiden efter Big Bang, om de krafter som håller samman rymden som vi ser den. Mörk materia, och antimateria. 

Med den utgångspunkten kanske det inte var så konstigt att kritiker förfasades och bidrog till braskande rubriker om att kollisionerna i Large Hadron Collider (LHC) skulle skapa ”svarta hål som äter upp jordklotet”.

Inför den planerade starten av den nybyggda partikelacceleratorn i september 2008 drog en grupp kritiker den europeiska organisationen för kärnforskning Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire, förkortat Cern, inför rätta.

 Europadomstolen för mänskliga rättigheter och en amerikansk domstol fick den delikata uppgiften att granska om Cern skulle bidra till allas vår undergång. Nej, blev svaret. Och Cern-fysikerna kunde trycka på startknappen som planerat.

Firande när borren arbetat sig runt hela den sju kilometer långa tunneln som så småningom skulle bli Super Proton Synchrotron, den 31 juli 1974. Foto: CERN

När strålar av protoner för första gången nådde runt hela den ringformade acceleratorn, hundra meter under jord, fanns 200 journalister på plats jämte mängder av forskare från stora delar av världen.

Den 10 september 2008 skickades en ström av partiklar för första gången genom hela den 27 kilometer långa tunneln i Large Hadron Collider, LHC. Foto: FABRICE COFFRINI/TT

Så även svenska fysikern Christian Ohm. Han hade precis inlett sin forskarutbildning inom experimentell partikelfysik vid Stockholms universitet och blev en del av projektet bara några år innan mätdata skulle börja extraheras i Atlasexperimentet. Atlas (A Toroidal LHC Apparatus) är ett av fyra stora experiment som pågår vid den underjordiska partikelacceleratorn.

– När jag började fanns det professorer i gruppen som hade jobbat med Atlasexperimentet från början av 1990-talet men ännu inte sett en gnutta mätdata. Det säger mycket om tidsrymden för den här typen av forskning, säger han, som nu är inne på sitt sextonde år inom Cern.

Upptäckten av W- och Z-partiklarna

Att arbeta med forskning inom experimentell partikelfysik är inget för den med bristande tålamod. Att utmana Einsteins relativitetsteori och granska universums minsta byggstenar är inte resultatet av enstaka banbrytande genombrott – som upptäckten av Higgsbosonen – utan en del av en lång kedja av den sammanhållna forskningen som inleddes i mitten av 1900-talet, och där varje beståndsdel har varit en förutsättning för nästa steg.

Peter Higgs (bilden) och François Englert delade på Nobelpriset i fysik 2013 för teorin om hur partiklar får sin massa. De föreslog, oberoende av varandra, teorin samtidigt år 1964. Englert presenterade teorin tillsammans med sin, vid tiden för Nobelpriset avlidna, kollega Robert Brout. Foto: SCIENCE PHOTO LIBRARY/TT

När Richard Jacobsson, fysiker som arbetat inom Cern i över trettio år, får frågan om vad han ser som forskningsanläggningens viktigaste historiska upptäckter påpekar han först det näst intill omöjliga i att sammanfatta Cerns historia på det sätt som Teknikhistoria försöker sig på. Sedan är det ett sådant steg på vägen han tar upp.

– Man ska inte ta bort rollen som Cern har haft under en lång tid av samarbete mellan väldigt många olika forskningsfält. Men min favorit är upptäckten av W- och Z-partiklarna som Carlo Rubbia och Simon van der Meer fick Nobelpriset för 1984, säger han.

”Beskriver bara 15 procent av all materia i universum”

W- och Z-partiklarna är bärare av den så kallade svaga kraften som är involverad i radioaktivt sönderfall av atomkärnor. De i sig banade väg för upptäckten av Higgsbosonen, som i sin tur förklarar varifrån partiklarna får sin massa och som var den senaste pusselbiten i partikelfysikens standardmodell över hur vår värld är uppbyggd.

Delar av en av partikeldetektorerna i acceleratorn LEP (Large Electron Positron) i en bild från 1987. Foto: SCIENCE PHOTO LIBRARY/TT

Men i denna upptäckt år 2012 gör det sig än en gång påmint hur tålamodsprövande arbetet inom partikelfysikens fält är. För även om den gjorde standardmodellen komplett, finns det stora grundläggande frågor som modellen i sig inte kan besvara.

– Vi är väldigt stolta över att standardmodellen hittills förklarar alla experiment vi gör vid partikelkolliderare i superdetalj, men den beskriver ändå bara 15 procent av all materia i universum. Resten utgörs av så kallad mörk materia, en mystisk ingrediens som dominerar kosmos med sin dragningskraft och måste finnas där för att universum ska ha kunnat utvecklas från Big Bang till det vi ser i dag, och för att hålla samman galaxerna. Det är en av de väldigt stora, grundläggande knäckfrågorna i naturvetenskaplig grundforskning. Vi vet inte vad den materian består av, men vi hoppas att vår fortsatta forskning vid LHC ska hjälpa till att bringa klarhet i det, säger Christian Ohm.


Fakta: Cern

1953

Efter andra världskriget tog en grupp framstående forskare initiativ till Cern, främst Edoardo Amaldi, Pierre Auger och Nobelpristagaren Isaac Rabi. Med hjälp av Unesco ledde diskussioner fram till konventionen för att etablera Cern, som var färdig 1953.

1954

Konventionen skrevs under 29 september 1954 av tolv länder. Organisationen bytte namn till ”Organisation européenne pour la recherche nucléaire”men behöll den gamla förkortningen på Cern, som stod för ”Conseil européen pour la recherche nucléaire”.

1957

Cerns första partikelacceleratoranläggning inom partikel- och kärnfysik står klar, en synkrocyklotron med maxenergi på 600 megaelektronvolt.

1959

Proton Synchrotron (PS) togs i drift 1959 med en strålenergi på 28 gigaelektronvolt. Cern tog därmed ledningen i energi för partikelstrålar i världen.

1966

Cern var ursprungligen helt förlagt i Schweiz på gränsen mot Frankrike. Sedan 1966 har laboratoriet på grund av platsbrist utvidgats med enheter på båda sidor av gränsen.

1968

Medlemsländerna beslutade om en vidareutveckling med en ny accelerator för 450 gigaelektronvolt-protoner: en SPS-accelerator med en omkrets på 6,9 km.

1974

Firande när borren arbetat sig runt hela den sju kilometer långa tunneln som så småningom skulle bli Super Proton Synchrotron (SPS).

1983

W- och Z-partiklarna upptäckta och uppmätta på Cern med SPS-acceleratorn. De i sig banade senare väg för upptäckten av Higgsbosonen.

1988

Den stora underjordiska lagringsringen LEP för elektroner och positroner med en omkrets av 27 km beslutades 1981 och stod färdig planenligt 1988.

1989

World Wide Web utvecklas på Cern. Idén presenterades av engelsmannen Tim Berners-Lee den 12 mars 1989, då han kom med ett förslag till nätbaserad informationshantering för sin arbetsgivare på forskningscentrumet.

2008

10 september styrs en proton-

stråle framgångsrikt runt i Hadron Collider (LHC) för första gången. LHC byggdes i den dåvarande LEP-tunneln. LHC tillåter studier av protonkollisioner vid flera teraelektronvolt.

2012

Upptäckten av Higgsbosonen. Atlas- och CMS-detektorerna observerar en partikel som överensstämmer med Higgsbosonen.

2013-14

Long Shutdown1 (LS1) Stora uppgraderingar gjordes. Luminositeten ökades för att få fler kollisioner per tidsenhet, men det stora steget var att man ökade energin från 8 till 13 teraelektronvolt på kollisionerna. Därefter kunde fler mätningar av Higgs-bosonen göras.

2018–

Long Shutdown2 (LS2) Acceleratorn är stängd sedan slutet av 2018 och ska uppgraderas, bland annat med en  förbättring av detektorerna som mäter vad som händer i kollisionerna. Men även en uppgradering av själva acceleratorn som skapar kollisionerna.

Fakta: Från www till cancerbehandling 

Det var vid Cern som programmeraren Timothy Berners-Lee såg behovet av att kunna dela forskningsresultat med både text och bild – och skapade world wide web, det många i dag till vardags kallar internet. Den allra första webbsidan kan du surfa till via http://info.cern.ch/ 

Möjligheten att dela enorma mängder mätdata mellan forskare spridda över världen, som även behövde kunna utföra egna beräkningar och analyser, blev grunden för ytterligare en teknik som vi i dag ser som självklara: lagrings- och molntjänster. 

Den vetenskapliga forskningen på Cern har dessutom drivit på utveckling av apparater och detektorer som sedan har visat sig vara väldigt användbara för medicinska syften. Tekniken för att kunna mäta vad som händer i partikelkollisionerna har bland annat gett förutsättningar för medicinsk diagnostik med PET-skanner och protonterapi av cancertumörer. 

Angelica Söderberg

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

Debatt