NRK Meny
Normal

20 år gammelt kvarkproblem løst

Etter 500 billioner forsøk klarte Fermilab-forskere å lage toppkvarker på en helt ny måte.

Fermilab

Tevatron-akseleratoren har ikke blitt brukt siden september 2011 på grunn av økonomiske nedskjæringer.

Foto: Fermilab

Toppkvarker finnes i så å si alt du ser rundt deg - det er den tyngste av naturens minste byggesteiner som vi vet om foreløpig.

På tross av disse partiklenes allestedsnærvær er de vanskelige å studere - de lar seg ikke isolere under vanlige forhold.

Men nå - etter nesten 20 år med forsøk - har forskerne endelig klart å lage toppkvarker ved hjelp av svak vekselvirkning.

Standardmodellen bestemmer

Ifølge standardmodellen skal det gå an å lage toppkvarker på tre forskjellige måter.

– Det spesielle her er hvilken naturkraft som er brukt. Partikler er vel og bra, men hvis de ikke kan snakke med hverandre og klumpe seg til større partikler så blir det et kjedelig univers, sier fysiker Bjørn Hallvard Samset til NRK.no.

Han forklarer at toppkvarkene så langt har vært laget ved hjelp av den sterke kjernekraften, noe som betyr at kraftpartikkelen gluon har vært bindeleddet i produksjonen.

De to første måtene ble demonstrert i 1995 og 2008 - også det ved hjelp av partikkelakseleratoren Tevatron, som er en del av Fermi National Accelerator Laboratory som ligger i Illinois, USA.

Vi har forstått

Vi kjenner til fire naturkrefter - den sterke kjernekraften, elektromagnetisme, gravitasjon, og svak vekselvirkning (kalles også svak kjernekraft).

Det er altså nesten 20 år siden forskere klarte å fremstille toppkvarker ved hjelp av sterk kjernekraft, men teorien har sagt at de også kan lages via svak vekselvirkning.

– Nå har de greid det, og bevist at også denne kraften er i stand til å lage slike tunge partikler. Vi tvilte nok aldri på det, men man vet aldri når naturen slenger oss en overraskelse. Det er kanskje litt kjedelig å finne akkurat det vi forventet, men ganske betryggende også.

Samset påpeker at metoden i seg selv ikke er viktig, poenget er at forståelsen vi sitter med blir bekrefta når teori og praksis stemmer overens.

– Siden vi ikke hadde sett den enda så blir det dermed en test på hele forståelsen vår hvorvidt vi kan se den eller ikke. Litt som Higgspartikkelen var, selv om dette er noe mindre spektakulært.

Det ultimate målet

Partikkelkollisjonene som har produsert toppkvarker inntraff før Tevatron i 2011 la ned virksomheten på grunn av budsjettkutt, men har først nå blitt oppdaga og offentliggjort.

Forskere ved CDF- og DZero-eksperimentene gikk gjennom drøyt 500 billioner proton-antiproton-kollisjoner, og identifiserte omtrent 40 tilfeller der svak vekselvirkning førte til enkelt-toppkvarker som samsvarte med enkelt-bunnkvarker.

Toppkvarker har bare blitt lagd to steder: FermiLabs Tevatron, som i 25 år var verdens kraftigste partikkelakselerator, og CERNs Large Hadron Collider, som er den kraftigste i dag.

Fermilabs nettsider står det at det å lage toppkvarker på denne måten var det ultimate målet for Tevatron.

– Dette kompletterer bildet av en av de grunnleggende partiklene i universet ved å vise oss den vanskeligste måten å lage den på, sier James Siegrist som er sjef for høyenergifysikk-avdelinga i energidepartementet i USA.

Samset er også imponert.

– Nok en seier for det imponerende grundige arbeidet som gjøres ved FermiLab og Tevatron. De er råflinke til å finne nål i høystakker, og hele partikkelfysikken bør være takknemlige for det møysommelige letearbeidet de gjør.