Universets best bevarte hemmelighet
Sånn, her kommer noe som kan få deg til å endre synet på virkeligheten: alt du kan se og ta på — mobilen, kaffekoppen, din egen kropp — utgjør bare rundt 15 prosent av all materien i universet. De resterende 85 prosentene? Vi aner ikke hva det er. Vi har aldri sett det, rørt ved det eller påvist det direkte. Men vi vet det må eksistere, fordi tyngdekraften rett og slett ikke ville virket slik den gjør uten det. Galakser ville flydd fra hverandre. Universet slik vi kjenner det rett og slett ikke eksistere.
Forskere kaller denne mystiske substansen mørk materie, og i nesten hundre år har de prøvd å finne ut hva den består av.
Vel, folkens – vi kan være i ferd med å komme nærmere.
Nede i hullet
La meg fortelle deg om LZ – nei, ikke Led Zeppelin-albumet. LZ står for LUX-ZEPLIN, og det er et av de mest spennende vitenskapelige eksperimentene du sannsynligvis aldri har hørt om.
Tenk deg følgende: en kilometer under bakken, inne i en nedlagt gullgruve i South Dakota, har forskere bygget en tank fylt med 10 tonn ultraskarp flytende xenon. (Xenon er den edelgassen som gløder blått når du sender strøm gjennom den.) Hele greia er innpakket i lag på lag med beskyttelse for å skjerme den mot kosmisk stråling og annen forstyrrelse.
Hvorfor så mye strev? Fordi partikler av mørk materie – hvis de finnes – skal av og til kollidere med xenon-atomer, og skape ørlite glimt av lys som sensitive detektorer kan fange opp. Jo dypere du er og jo roligere miljøet, desto bedre sjanser for å oppdage noe.
Og nå har LZ oppdaget noe.
Signalet ingen kan forklare
Forskerne analyserte nylig 220 dager med data og fant... én hendelse. Bare én eneste interaksjon som ikke matcher noe de forventet fra vanlig materie.
Her er hvorfor dette betyr noe: hendelsen skjedde akkurat der mørk materie-signaler burde dukke opp, og alle vanlige kilder til bakgrunnsstøy (radioaktivitet, kosmisk stråling og så videre) er nøye tatt høyde for. Teamet brukte måneder på å sjekke og dobbeltsjekke arbeidet sitt. De kjenner detektoren sin så godt at selv én uforklarlig hendelse er verdt å snakke om.
«Vi er veldig fascinert av å se denne hendelsen i dataene,» sa Rick Gaitskell, LZ-talsperson og professor ved Brown University. «Med bare én hendelse vil vi ikke ta stilling for tidlig. Vi påstår ikke å ha funnet mørk materie. Men vi har sett noe interessant.»
Slike sitater får vitenskapsformidleren i meg til å smile. Forsiktig optimisme! Skikkelig vitenskapelig metode! Ikke å trekke konklusjoner for tidlig! (Ser mot deg, enkelte andre fagfelt som skal forbli navnløse.)
Hva kan det være?
Hvis dette signalet faktisk er mørk materie, snakker vi sannsynligvis om noe som kalles en WIMP – en Weakly Interacting Massive Particle, eller svakt vekselvirkende massive partikkel på godt norsk. Disse er de ledende kandidatene for mørk materie, partikler som så vidt vekselvirker med vanlig materie – bortsett fra gjennom tyngdekraften og den svake kjernekraften.
Den hypotetiske WIMP-en som kan ha forårsaket dette signalet ville vært minst 200 ganger tyngre enn et proton. Det er kraftig forhold i partikkelfysikken. Og her er noe interessant: det ville representert en type interaksjon som går utover de enkleste modellene forskerne vanligvis leter etter.
Så enten har vi funnet mørk materie, eller så har vi funnet en ny type vanlig partikkelinteraksjon vi ikke visste om. Begge deler hadde vært ganske spennende, ærlig talt.
Hvorfor vi ikke kan la oss rive med ennå
Jeg vet, jeg vet – du er klar til å oppdatere Facebook-statusen din med mørk materie-oppdagelsen. Brems ned, vennen min.
Innen partikkelfysikk trenger du det som kalles 5-sigma signifikans før du kan påstå en oppdagelse. Det betyr mindre enn 0,00003 prosent sjanse for at resultatet ditt bare er tilfeldig støy. LZ-signalet ligger foreløpig på 2,6 sigma – omtrent 0,5 prosent sjanse for å være en tilfeldighet.
Det er interessant, ikke avgjørende.
Tenk på det slik: tenk deg at du leter etter en tapt kontaktlinse på kjøkkenbordet. Du ser noe som glinser. Er det linsen? Kanskje. Er det en smule? Også kanskje. Er det et bitte lite foliebiter fra gårsdagens snacks? Kan være. Du må plukke den opp og faktisk se på den for å være sikker.
LZ-teamet trenger mer data. Heldigvis har de allerede samlet verdens største datasett for mørk materie-søk, og de har ingen planer om å gi seg med det første.
Hva skjer videre?
Eksperimentet vil fortsette å gå, samle inn mer data dag etter dag. Hvis det mystiske signalet fortsetter å dukke opp – eller enda bedre, hvis flere lignende hendelser hoper seg opp – vil signifikansen krype mot den magiske 5-sigma-grensen.
Eller så kan signalet forsvinne, og vise seg å være en statistisk glitch. Det er også vitenskap. Noen ganger er nullresultatet like viktig.
Uansett syns jeg det er noe vakkert med hele denne streben. Vi sitter en kilometer under bakken, omgitt av utrolig ren flytende xenon, og leter etter usynlig stoff som utgjør størsteparten av universet. Universet er rart, og vi blir likevel ved med å prøve å forstå det.
Om LZ faktisk har observert mørk materie gjenstår å se. Men foreløpig har vi ett lite, uforklarlig signal som har fysikere verden over som følger nøye med.
Hold nysgjerrigheten i live, folkens. Universet har alltid flere overraskelser på lager.