I en kommentar till mitt förra inlägg framgick det uppenbara: alla vet faktiskt inte vad ”mörk materia” är för något. Är inte all materia mörk? Uppenbarligen inte, det finns materia som lyser: stjärnor till exempel, och glödlampor när man sänder ström genom dem. Det finns djur som lyser, och biologiska material kan sända ut ljus när de bryts ned. Materia sänder ut ljus när den blir varm, eller när den störs av elektriska fält (urladdningar som i blixtnedslag, eller laddade partiklar som passerar). Annars brukar man se materia genom att detektera reflekterat ljus, till exempel genom att tända en glödlampa och öppna ögonen.

Vanlig materia är synlig därför att den sänder ut eller reflekterar ljus. Vill man uttrycka sig mer tekniskt kan man säga att materia växelverkar med elektromagnetisk strålning — dit hör förutom synligt ljus även radiovågor, infrarött och ultraviolett, och röntgen- och gammastrålning.

Mörk materia är materia ingen har kunnat detektera genom någon form av elektromagnetisk strålning. Den är mörk och osynlig, varken sänder ut eller reflekterar ljus.

Hur vet vi då att den finns?

Idag finns väldigt exakta mätningar av gravitationseffekter på olika astronomiska storleksskalor. Från galaxer och över större strukturer som galaxhopar till hela universums totala sammansättning har man sett att gravitationen verkar starkare, och i vissa fall annorlunda fördelad, än vad som kan förklaras med synlig materia som stjärnor och gasmoln. Faktum är att ungefär 20% av universums totala energi ser ut att vara bunden i det vi kallar mörk materia.

Vi vet inte vad den mörka materien består av. Genom att räkna på hur grundämnen bildas i universums begynnelse kommer man fram till att det inte kan finnas så många vanliga atomer i universum att det räcker för att förklara den mörka materien. En av de mest utforskade hypoteserna är att den mörka materian skulle bestå av någon hittills oupptäckt typ av partiklar som växelverkar med annan materia enbart genom gravitation och genom den så kallade svaga kraften. Dessa partiklar går under namnet WIMP, Weakly Interacting Massive Particles (svagt växelverkande massiva partiklar).

Från partikelfysikens håll finns idéer om vad dessa partiklar skulle kunna vara och hur vi kan upptäcka dem. Det visar sig nämligen att den standardmodell för partiklar och deras växelverkningar som vi byggt upp trots sina framgångar innehåller vissa luckor.

Standardmodellen beskriver alla de elementarpartiklar vi känner till från experiment — både de som finns i den vanliga materien i och omkring oss, och de kortlivade partiklar som kan bildas i acceleratorexperiment eller i naturen i reaktioner med till exempel energirik kosmisk strålning. Standardmodellen beskriver också de krafter som styr hur partiklarna växelverkar: den elektromagnetiska kraften, den starka kärnkraften (som håller ihop atomkärnan) och den svaga kärnkraften (som kommer till uttryck i radioaktiva sönderfall). Dessutom innehåller standardmodellen en mekanism för att ge partiklarna massa, och denna mekanism associeras med en partikel som kallas higgspartikeln.

Gravitationen har inte gått att passa in i standardmodellens ramverk. Den rymmer heller inte förklaringar av sådant som storleken av partiklarnas massor eller skillnaderna mellan massorna, eller varför de olika typerna av växelerkningar är så olika starka. Teoretiker har därför länge arbetat med olika möjliga utvidgningar av standardmodellen, som förutsäger nya partiklar.

En av de mest populära utvidgade modellerna kallas supersymmetri, och kan i vissa varianter ge upphov till partiklar som precis stämmer in på de egenskaper som krävs av en WIMP för att förklara de effekter vi ser av mörk materia.

För att avgöra vilken modell som stämmer eller utesluta dem som inte gör det försöker man detektera dessa hypotetiska partiklar.

Det var sånt jag jobbade med för min doktorsavhandling, och det är det jag jobbar med nu också, fast med en helt annan typ av teknik. Mer om detta en annan gång.

Om du har orkat läsa ända hit tycker jag att du ska tänka på att det är prata som en fysiker-dagen imorgon!

(En del av texten i detta inlägg är saxad rakt av från sammanfattningen i min avhandling.)

Andra bloggar om: , , ,

Annonser