– Vår forståelse av verden har økt kraftig i det 20. århundret, men det er også svært mye vi ikke vet, forklarer professor i fysikk Steinar Stapnes fra Universitetet i Oslo og Det europeiske senteret for partikkelfysikk (Cern) i Genève.
Neste steg for fysikerne startes opp ved Cern i 2007, og det kan sammenliknes med å lete etter en nål blant 20 millioner høystakker.
Gjennom byggingen av verdens største partikkelakselerator, vil forholdene i verdensrommet like etter universets begynnelse gjenskapes bedre enn noen gang tidligere.
Slik håper man å komme nærmere sannheten om hvordan alt henger sammen.
Jakten på Teorien
Helt siden Einsteins tid har fysikerne lett etter Den store forenende teorien, som rett og slett skal forklare alt.
Siden 1960-tallet har kunnskapen gradvis bygd seg opp rundt den såkalte standardmodellen, som opererer med tolv grunnleggende partikler; seks kvarker og seks leptoner - samt tre av de fire grunnleggende naturkreftene; elektromagnetisme, sterk kjernekraft og svak kjernekraft.
Men modellen har flere problemer. For det første passer ikke tyngdekraften inn i modellen, og i møtet med de mørke delene av universet har den problemer.
Det universet som vi ser og derfor kan kjenne, er nemlig anslått til å være ikke mer enn 4 prosent av totalen.
Med andre ord består 96 prosent der ute av det som fysikerne passende nok kaller mørk materie og mørk masse, som man vet veldig lite om.
Higgsmekanismen
Derfor knyttes det stor spenning til funnene man kan gjøre med LHC-akseleratoren.
Noe av det fysikerne gleder seg mest til, er om de kan påvise Higgsmekanismen, som forklarer hvordan de grunnleggende partiklene får masse.
Dette er et fundament i standardteorien, og hvis man får en større forståelse av hvorfor grunnpartiklene har forskjellig størrelse, kan det kanskje også lede til større viten om den mørke materien og mørke energien.
– Dere skal ikke være overrasket dersom dere om et par års tid hører at Cern har funnet Higgsmekanismen. Men samtidig kan det nok være mer spennende hvis vi ikke finner den. Da må man skrotlegge flere teorier og gå andre veier, sier professor Stapnes.
Uhyggelig avansert
LHC (The large hadron collider) er en av de mest avanserte maskiner noen gang bygd av mennesker. Det krever en enorm maskin for å se de aller minste partiklene i universet.
- Stråler sammensatt av blyioner eller protoner vil skapes i de mindre akseleratorene, før de sendes inn i den 27 kilometer lange sirkelformede LHC-tunnelen.
- Ved hjelp av 1200 superledende magneter i den største superledende installasjonen som noen gang bygd, vil strålen akselereres til nær lyshastigheten.
- Temperaturen i anlegget vil ligge på et par Kelvin, like over det absolutte nullpunkt.
- I kollisjonsøyeblikket vil partiklene ha en energi på sju TeV (Terraelektronvolt), som tilsvarer energien i en vanlig mygg. Forskjellen er at partiklene som kollideres i LHC er rundt 1.000 milliarder ganger mindre.
- Kollisjonene vil skje i fire store detektorer, Atlas, Alice, LHCb og CMS.
- Hver stråle vil bestå av ca 3.000 partikkelbunter som hver inneholder 100 milliarder partikler.
- Selv om partiklene er så små at bare ca 20 av dem faktisk vil kollidere hver gang strålene møtes, vil den ekstreme hastigheten skape nesten en milliard kollisjoner per sekund.
- En av disse detektorene, Atlas, er fem etasjer høy og er tettpakket med avansert elektronikk. Den er resultatet av et bredt internasjonalt samarbeid som har involvert 150 partnere over hele verden.
– Det vil komme inn altfor mye data til at alt skal kunne behandles, derfor mellomlagres informasjonen i integrerte kretser, som igjen sender deler av informasjonen til videre prosessering, forklarer professor Steinar Stapnes, som også er kontaktperson for Atlas-prosjektet i Norge.
Sintef og UiO på banen
Registreringen i detektorene foregår i flere trinn, det første gjøres med tynne silisiumplater som blant annet er utviklet av Universitetet i Oslo og produseres av Sintef Microsystems & Nano.
Når partiklene spres i kollisjonene krysser de gjennom flere lag av silisiumplater hvor de legger igjen hull ettersom hvordan de har beveget seg.
Til tross for utvelgelsen er det formidable informasjonsmengder som skal analyseres for å finne de partiklene man leter etter.
Det kan sammenliknes med å lete etter en nål blant 20 millioner høystakker. Med dagens kraftigste PCer ville man trenge bortimot 100.000 stykker for å klare regneoperasjonene.
Selv om Cern er i gang med en storstilt datautbygging, som i 2007 vil telle 5000 dual processor datamaskiner med til sammen 15 petabyte lagringsplass, er det ikke i nærheten av å være nok.
Pådriver for Grid
Derfor er Cern en pådriver innenfor utviklingen av Grid-teknologi, som bokstavelig talt er et nettverk mellom store datasentre. Gjennom å knytte sammen datasentrene på forskningsinstitusjoner og universiteter verden over, kan man utnytte dataressursene bedre og få tilgang til store mengder datakraft. Målsettingen er at systemet skal kunne brukes i alle typer vitenskap med store behov for datakraft, slik som for eksempel medisinsk statistikk og genteknologi.
– Alt utvikles med åpne standarder for at systemet også skal kunne tjene offentligheten, forklarer Nils Høimyr i Cerns IT-avdeling.
Det eksisterer allerede flere forskjellige Grid i verden i dag, og tre av de vil benyttes av Cern for å behandle data fra LHC. Det er EGEE, et EU-finansiert prosjekt ledet av Cern, det nordamerikanske Open Grid, og det nordiske Norgrid, som i Norge har de store universitetene og Uninett som partnere.
For øyeblikket befinner de tre systemene seg i en slags konkurransesituasjon hvor alle har sine styrker og svakheter, mens de ikke snakker altfor godt sammen. Cern presser imidlertid på for at systemene skal bli mer kompatible med hverandre, og senterets sentrale rolle i utviklingen er nettopp å lage løsninger som kan håndtere de enorme datamengdene som LHC vil generere. Målet er å utvikle et system hvor alle kan snakke med hverandre uten å ta hensyn til hva som ligger bak.
– Det kan sammenliknes med hvordan WWW fungerer i dag, hvor alle maskiner kan snakke med hverandre uavhengig av operativsystem. Ennå fungerer dette ikke helt perfekt, innrømmer Francois Grey, talsmann ved Cerns IT-avdeling.
Cern er altså fremdeles en spydspiss for fysikkforskningen, 52 år etter oppstarten i 1954. Grunnprinsippet er det samme, at senteret skal bruke forskning som et middel til dialog og forståelse mellom alle land for menneskehetens beste. Det årlige budsjettet er på rundt sju milliarder kroner, hvorav Norge bidrar med rundt 100 millioner. Men den store drivkraften bak Cern er det grunnleggende menneskelige ønsket om viten.
– Det ville vært helt utenkelig hvis vi ikke skulle prøvd å utvide vår forståelse av verden, mener professor Steinar Stapnes.
