Året da Einsteins relativitetsteori ble utfordret

Jakten på fysikkens «missing link» kan være over, grunnleggende teorier står for fall og ny fysikk er på trappene. – Ingen hadde trodd at vi skulle bruke uker og måneder på å diskutere om knøttsmå partikler kan fly fortere enn lyset, sier forsker.

CERN og Einstein
Foto: MARTIAL TREZZINI/AP/ARTHUR SASSE

Vi har fått hjelp av fysiker og forsker Bjørn H. Samset til å oppsummere fysikkåret 2011, et år som har vært rene kavalkaden for de som er glade i de små ting i livet.

– Det har skjedd såpass mye gøy i år at det faktisk er litt vanskelig å velge. Et luksusproblem, med andre ord, sier han til NRK.

Tiår med søken kan være over

Likevel har Samset valgt å trekke fram særlig to temaer han mener har dominert året - kvantefysikk og CERN-resultater.

Bjørn Samset

Bjørn Hallvard Samset er selverklært 'fysiker på sin hals', og studerer små partikler i atmosfæren, som forsker ved CICERO Senter for klimaforskning. Studerte før enda mindre partikler ved CERN i Sveits, da ansatt ved Fysisk Institutt på Universitetet i Oslo.

Foto: Universitetet i Oslo

– Det kommer veldig, veldig mye spennende og grunnleggende fysikk fra CERN nå, sier han.

Verdens største partikkelakselerator, LHC, er en del av forskningssenteret under Den europeiske organisasjon for kjernefysisk forskning (CERN), og ligger på den fransk-sveitsiske grensen nær Genève.

Nylige eksperimenter herfra viser at en flere tiår lang jakt på en av fysikkens «hellige graler», den mystiske Higgs-partikkelen, kan være over.

– Svært viktig resultat

Higgs-bosonet - også kalt gudepartikkelen - har vært den manglende biten i partikkelpuslespillet, kalt standardmodellen, siden 1964.

– Annonseringen for bare en ukes tid siden, fra eksperimentene ATLAS og CMS, om at de har sett hint av Higgs-partikkelen er et veldig viktig resultat uansett om det blir bekreftet eller ikke, sier Samset.

– Grunnen er at de også ekskluderte mange mulige Higgs-masser, så uansett hvordan vi snur og vender på det så kommer det et svar i løpet av 2012.

Ny fysikk

I november kom det også et resultat fra LHCb, et tredje LHC-eksperiment.

– Det er laget for å studere CP-brudd - en sær kvantemekanisk prossess som kan forklare hvorfor det er mer stoff enn antistoff i universet. Dette er unektelig noe vi lurer ganske mye på, sier Samset.

– De har funnet mer CP-brudd enn forventet når de studerer en spesiell type partikler, og antyder at dette ikke kan forklares av Standardmodellen (SM). Vi vet at det må komme ny fysikk til å avløse eller utvide SM etter hvert, så hint som dette er kjempespennende!

Einstein-teori for fall?

I september kom imidlertid nyheten som sjokkerte fysikere over hele verden, en nyhet Samset mener er den definitift størte overraskelsen i 2011.

Forskere ved CERN hevdet nemlig å ha målt partikler som beveger seg raskere enn lysets hastighet.

Om disse resultatene verifiseres, strider de i så fall mot Einsteins relativitetsteori, som sier at ingenting i utgangspunktet skal kunne bevege seg raskere enn lysets hastighet.

– Ingen hadde trodd at vi skulle bruke uker og måneder på å diskutere om nøytrinoer kan fly fortere enn lyset, sier han.

Albert Einstein

Blir Albert Einsteins relativitetsteori motbevist, kan det endre hele vårt syn på fysikken, mener ekspertene.

Foto: ARTHUR SASSE / AFP

– Det er vel fortsatt relativt stor skepsis til resultatet, men OPERA-eksperimentets måling av "superluminale nøytrinoer" sendte sjokkbølger gjennom hele fysikk-verdenen. Ingen kunne la være å ta stilling til dette, og vi venter alle i spenning på fortsettelsen.

Utfordrer forståelsen av det aller minste

Til tross for disse sensasjonelle oppdagelsene, har et annet gjennombrudd engasjert fysikeren desto mer.

– Det aller mest spennende innen fysikk akkurat nå er at en ny generasjon eksperimentalister våger å utfordre forståelsen vår av det aller minste - og får resultater, mener Samset.

– Et nytt syn på kvantefysikken er i ferd med å bli født, og gi oss bedre forståelse av en teori som har ligget til grunn for moderne fysikk i 100 år.

Flere lag av fysikere, for eksempel et ledet av Aephraim Steinberg i Toronto,
Canada og et ledet av Jeff Lundeen - også fra Canada, har klart å måle utseendet til en bølgefunksjon for fotoner.

Fotoner er den minste biten av lys, og i følge kvantemekanikken oppfører slike minste biter seg ganske sært.

– Hvis vi ikke ser på dem, så befinner de seg i prinsippet alle steder på en gang, men med en viss sannsynlighetsfordeling som kalles bølgefunksjonen. Når vi så ser etter hvor de er - måler på dem - så bestemmer de seg plutselig for hvor de er, og deretter er de bare der, forklarer Samset.

– Vi kan altså måle effekten av bølgefunksjonen i etterkant, men ikke underveis - for da ødelegger vi den.

– Respektløs ungdom

Det har man ihvertfall ment, helt siden Bohr, Heisenberg, Schrödinger og de andre utviklet kvantemekanikken på 1920-tallet.

– Men nå har vi altså fått avansert nok måleinstrumenter - og respektløs nok ungdom - til at vi kan utfordre dette. Steinberg, Lundeen og en del andre har klart å bruke noe som kalles en svak måling til å se på bølgefunksjonen underveis, sier Samset.

Disse resultatene er ikke ferdig tolket, men Samset og mange andre tipper at de bare er de første av mange som vil åpne for mye bedre forståelse av noe vi lenge har hevdet er "uforståelig".

Spådommer for 2012

Forskeren mener det er to helt opplagte ting vi venter å få svar på neste år.

– Det første vil være å få bekrefett eller avkreftet Higgs-hintene fra CERN. Dette er garantert å skje i 2012, og veldig veldig spennende, sier han.

– I tillegg håper vi å få en ny, uavhengig måling av nøytrinofarten. Det er to laber som kan gjøre det, i USA og Japan, og begge jobber nok hardt med saken.

Fysikeren trekeer også fram to andre felt han følger med stor interesse foran 2012.

– Såkalte kvantedatamaskiner, som bruker kvantetilstander som kan ha vilkårlig detaljerte tilstander, kommer stadig nærmere. Vi er ikke helt der ennå, men når den dagen kommer, en dag jeg tror ikke er altfor langt unna, vil vi få en data-revolusjon av dimensjoner, mener Samset.

– Samtidig følger jeg med stor interesse forskningen på biologiske solceller og kunstig fotosyntese, sier han.

– Hvorfor skal planter ha monopol på å lage energi fra solen? Vi har jo våre solceller. De er flotte de, men dyre og lite effektive. Etter hvert vil vi også slippe opp for materialer. Vi trenger noe nytt!

Hva skjer med Ikke gjør dette hjemme-huset i den siste episoden denne sesongen? Alle de foregående husene har endt i ett flammehav, så hva skjer denne gangen? Mens sprengstoffekspert Roar og kjemiker Morten slår seg sammen for å prøve å lage vann fra bunnen av, går programlederne Rune og Torfinn vitenskapelig til verks for å undersøke om banning hjelper mot fysisk smerte. (8:8)
Vi er "på nett" så å si hele døgnet. Vi tvittrer, snap'er, spiller, teller skritt, handler og søker etter nyheter. Denne aktiviteten overvåkes av aktører som samler inn enorme datamengder om oss. Det ligger store gevinster, men også viktige fremskritt i BIG DATA! (2:4)
Humor, livsstil og intelligens gir status hos menn - og damer faller for det. Marens gjenværende beilere viser fram nye sider når de skal prøve seg under panseret på en Volvo 240. (5:6)