Du er her: AU » Om AU » Science and Technology » Aktuelt » Nyhedssider » Fysikbøgernes banemand?

Fysikbøgernes banemand?

Vi står på tærsklen til at opnå konkret viden om en af universets mest eftersøgte bestanddele: Antistoffet. Efter flere års ihærdigt arbejde, har AU-fysikeren Jeffrey Hangst nu reelt mulighed for at blive den første forskningsleder, der foretager præcisionsmålinger på antibrint nogensinde. Han modtager det prestigiøse Advanced Grant fra ERC.

Vi er på vej ind i en ukendt verden. En verden der bogstaveligt talt er modsat den, vi kender i dag. Alting omkring os er lavet af stof.  Det er på samme tid en selvfølgelighed og et faktum, der er en af de store gåder i fysikkens verden. For universet burde ikke udelukkende bestå af stof, hvis de gældende fysiske love passer. Så burde der også være antistof – en indtil for nylig mystisk antimasse, der ligner stof til forveksling på nær, at det har en omvendt elektrisk ladning.

Vores kendte univers består udelukkende af stof. Men det burde det ikke, hvis fysikbøgernes teorier er rigtige. Så mangler der nemlig antistof. (Foto: NASA/ESA/M. Livio/STScI)

Den gåde om det tilsyneladende manglende antistof har redet fysikere som en mare i mange år. Det kan ændre sig nu:

”Kendsgerningen er, at vores forskningsgruppe som de første i verden har udviklet metoder til at fremstille, fastholde og undersøge antibrint. Vores ønske er nu at udvikle en ny gren indenfor fysikken,” siger professor MSO Jeffrey Hangst fra Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

Han er leder for ALPHA - den internationale forskningsgruppe, der nu har muligheden for at  åbne døren ind til den ukendte verden. Jeffrey Hangst modtager det prestigiøse ERC Advanced Grant i år, for at han og gruppen kan udvikle metoder til at besvare et af de mest fundamentale spørgsmål, der er tilbage i fysikken.

For at have en idé om, hvad det er for et spørgsmål han og den internationale forskergruppe, nu vil søge at besvare, så lad os tage en tur 13,7 milliarder år tilbage i tiden – tilbage til Big Bang.

Ret dårlig udregning…?

Ved tidernes morgen udviklede universet sig fra tilsyneladende absolut intet og blev til absolut alt. Kosmologer og teoretiske fysikere mener, at Big Bang skete med uhyrlig kraft af ren energi.

I disse ekstreme øjeblikke blev fysikkens love grundlagt. Samtlige kræfter, der udgør vores kendte univers, fandt her med tiden deres form. Den første der blev skabt ifølge teorierne, var tyngdekraften. Det var den, der tvang Big Bangs rene energi til at omdannes til de allerførste partikler.

Men det er her, at universet driller fysikerne; for når man omdanner energi til stof, vil der ifølge kvantemekanikkens love ske en pardannelse med et partikel og et ’modsvarende’ antipartikel. Med almindelig hovedregning skulle det altså betyde, at universet umiddelbart ville bestå af lige dele stof og antistof, og at disse to dele så bare ville tilintetgøre hinanden; hvilket igen ville betyde, at der ikke var noget univers tilbage.

”Men sådan forholder det sig ikke. Vi har en masse stof tilbage, og der er ikke fundet antistof noget sted i universet. Der er ikke engang tegn på, at så meget som én eneste sølle planet noget sted består af antistof. Det vil sige, at vi mangler halvdelen af universet, hvis de opsatte beskrivelser er rigtige. Så der er meget, der tyder på, at beskrivelserne ikke er fyldestgørende. Det er her, antibrint og vores projekt kommer ind i billedet. For der må være noget, vi ikke har opdaget endnu – og takket være ERC bevillingen kan vi nu forsøge at finde ud af, om vi kan finde bevis for det, der mangler i antibrints struktur,” forklarer Jeffrey Hangst.

Verden over forskes der i, hvordan universet er blevet formet til det, vi kender i dag. Nogle bruger supercomputere til at modellere skabelsen af vores fundamentale byggesten. På Aarhus Universitet skaber Hangst og ALPHA-gruppen dem selv i et særdeles komplekst forsøgslaboratorium opsat på CERN for at iagttage deres opførsel. På den måde kan han arbejde på at løse en af naturens største gåder: overholder antistof de samme fysiske love som stof?

Professor MSO Jeffrey Hangst (tv), her sammen med ph.d.-studerende Chris Ørum Rasmussen, er i fuld gang med at konstruere det nye ALPHA2-apparat, der skal gøre det muligt for forskerne at måle på antibrint. Bag dem ses magneten, der skal bruges til at fastholde antiatomet - den er betalt af Carlsberg Fonden, der har doneret ca. 500.000 €. (foto: CERN)

Antihelte

Antiatomer var indtil for få år siden den slags stof, som teorier og science fiction blev lavet af. Man har været i stand til at bevise delelementers eksistens teoretisk siden 1920erne, men forskerne blev først i stand til at fremstille antistof i form af lavenergi antibrint i 2002 i et forsøg på CERN, der blev koordineret af Hangst i forskningsgruppen ATHENA.

Antistof er kort forklaret den diametrale modsætning af det stof, der udgør vores kendte univers: Hvor et brint-atom er opbygget af en kerne af en positivt ladet proton med en negativt ladet elektron, består antibrint af en negativt ladet antiproton og en positiv positron. Det er ’negativet’, om man vil.

Det fælleseuropæiske center for kerneforskning, kendt som CERN, er det eneste sted i verden, hvor der i dag kan laves antiprotoner. Antistof og stof kan ikke eksistere på samme sted. Overhovedet. Hvis stof og antistof mødes vil de tilintetgøre hinanden øjeblikkeligt. Derfor har det været en særdeles stor udfordring at skabe et forsøg, hvor det er muligt at fastholde antibrinten længe nok til at undersøge dens egenskaber.

Efter 20 års ihærdigt arbejde lykkedes det i 2011 for Jeffrey Hangst og ALPHA-gruppen at fastholde antibrint i spektakulære 16 minutter ved at fange det i en fælde, der ved hjælp af magneter, ekstremt vakuum og ultra-kulde kunne holde det adskilt fra nogen form for stof.

Ikke blot det – det lykkedes også at udføre den første måling nogensinde, fordi antistoffet nåede ned på sin naturlige grundtilstand i det tidsrum. Det vil sige, at verden for første gang kunne iagttage et antibrintatom i sin ’naturlige’ form.

Herfra skrives der historie

Det resultat kan uden blusel kaldes for historisk. For det gennembrud gør nu det muligt at gennemføre de første fokuserede præcisionsmålinger på rene antistofatomer nogensinde.

Med bevillingen fra ERC Advanced Grant på 2,1 mio. € kan gruppen nu udvikle et apparatur, der rent faktisk kan indsamle reel data, og lade fysikerne iagttage et stof, der indtil for få år siden primært eksisterede i Dan Brown romaner og rumfilm.

”Efter 20 års målrettet arbejde med at udvikle metoder og apparater, der kan fremstille og fastholde antibrint, står vi i gruppen nu med den unikke mulighed at begynde på den ultimative forskning indenfor antistof-fysikken. Vi er nu i stand til at udføre præcise sammenligninger af brint og antibrintatomer – og er dermed i en position, hvor vi kan besvare et af de mest fundamentale spørgsmål.

Målet er at undersøge om stof og antistof følger de samme fysiske love. Alle love siger, at de to skal opføre sig ens. For at kunne undersøge det, skal vi belyse antibrinten i dets grundtilstand med elektromagnetisk stråling i form af laserlys. Det gør det muligt at se om antibrint absorberer energi på samme måde som brint. Hvis det viser sig, at der er asymmetri i deres strukturer – så kan du sige, at vi har fundet gralen indenfor antipartikelfysikken. Så skal en stor del af den moderne teoribog skrives om.

Men igen. Der er tale om et helt nyt felt for fysik. Vi er oprigtigt ude, hvor ingen kan sige noget som helst om udkommet endnu, så det vil være for tidligt at spekulere i. Men uanset udkommet, så vil vi finde ud af fundamentalt nye ting om universet, da vi som de første i verdenshistorien kommer til at udføre disse nøjagtige målinger på rent antistof. Det er en helt fantastisk ære at være med til,” forklarer Jeffrey Hangst.

Jeffrey Hangst viser rundt i laboratoriet, hvor man bygger ALPHA2

Henvendelse om denne sides indhold: 
Revideret 11.04.2014

Her finder du Science and Technology

KONTAKTINFORMATION

Science and Technology
Aarhus Universitet
Bygning 1431
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C
E-mail: scitech@au.dk
Tlf. 8715 0000
Fax: 8715 2068

NUMRE

CVR-nr: 31119103
P-nr: 1009828059
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

Aarhus Universitet
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C

E-mail: au@au.dk
Tlf: 8715 0000
Fax: 8715 0201

CVR-nr: 31119103
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

AU på sociale medier
Facebook
LinkedIn
Twitter
YouTube

© — Henvendelser til webredaktør

Cookies på au.dk