Universets bedst bevarede hemmelighed
Okay, her kommer noget, der vil blæse dig bagover: Alt det, du kan se og røre ved — din telefon, din kaffe, din faktiske menneskekrop — udgør kun cirka 15 procent af al materien i universet. De andre 85 procent? Vi har ingen anelse om, hvad det er. Vi har aldrig set det, rørt ved det eller påvist det direkte. Men vi ved, at det skal eksistere, fordi tyngdekraften simpelthen ikke ville virke, som den gør, uden det. Galakser ville flyve fra hinanden. Universet, som vi kender det, ville ikke eksistere.
Forskere kalder det her mystiske stof for mørkt stof, og i næsten 100 år har de forsøgt at finde ud af, hvad det består af.
Nå, folkens — vi er måske ved at komme tættere på.
Nede i hullet
Lad mig fortælle om LZ — nej, ikke Led Zeppelin-albummet. LZ står for LUX-ZEPLIN, og det er et af de sejeste videnskabelige eksperimenter, du sandsynligvis aldrig har hørt om.
Forestil dig følgende: Halvanden kilometer under jorden, inde i en nedlagt guldmine i South Dakota, har forskere bygget en tank fyldt med 10 ton ultra-ren flydende xenon. (Xenon er den ædle gas, der gløder blåt, når du sender strøm igennem den.) Hele apparaturet er pakket ind i lag på lag af beskyttelse for at skærme det mod kosmiske stråler og andre forstyrrelser.
Hvorfor al den umage? Fordi mørke stof-partikler — hvis de altså eksisterer — lejlighedsvis burde støde ind i xenon-atomer og skabe små lysglimt, som følsomme detektorer kan opfange. Jo dybere du er, og jo mere stille dit miljø er, desto bedre er dine chancer for at se noget.
Og nu har LZ set noget.
Signalet, ingen kan forklare
Forskerne har for nylig analyseret 220 dages data og fundet... én begivenhed. Bare en enkelt interaktion, der ikke matcher noget, de forventede fra almindelig materie.
Her er hvorfor, det betyder noget: Begivenheden skete præcis der, hvor mørke stof-signaler burde vise sig, og alle de sædvanlige kilder til baggrundsstøj (radioaktivt henfald, kosmiske stråler osv.) er omhyggeligt taget i betragtning. Holdet brugte måneder på at dobbelt- og trippeltjekke deres arbejde. De kender deres detektor så godt, at selv én uforklarlig begivenhed er værd at tale om.
"Vi er meget fascinerede af at se denne begivenhed i dataene," sagde Rick Gaitskell, LZ-talsperson og professor ved Brown University. "Med kun én begivenhed ønsker vi ikke at løbe forud for os selv. Vi påstår ikke at have set mørkt stof. Men vi har set noget interessant."
Den slags citater får mit hjerte som videnskabsformidler til at glæde sig. Forsigtig optimisme! Korrekt videnskabelig proces! Ingen forhastede konklusioner! (Kigger hen mod andre fagområder, der skal forblive unævnt.)
Hvad kan det være?
Hvis dette signal faktisk er mørkt stof, ser vi sandsynligvis på noget, der hedder en WIMP — en Weakly Interacting Massive Particle (svagt interagerende tung partikel). Det er de førende kandidater til mørkt stof: partikler, der næsten ikke interagerer med almindelig materie undtagen gennem tyngdekraft og den svage kernekraft.
Den hypotetiske WIMP, der kan have forårsaget dette signal, ville være mindst 200 gange tungere end en proton. Det er ret massivt i partikelfysik-sammenhæng. Og her er noget interessant: Det ville repræsentere en type interaktion, der går ud over de simpleste modeller, forskerne typisk leder efter.
Så enten har vi fundet mørkt stof, eller også har vi fundet en ny type almindelig partikel-interaktion, vi ikke vidste eksisterede. Begge dele ville være ret spændende, ærligt talt.
Hvorfor vi ikke kan blive for begejstrede endnu
Jeg ved, jeg ved — du er klar til at opdatere din Facebook-status med nyheden om mørkt stof-opdagelsen. Brems ned, min ven.
I partikelfysik har du brug for det, der hedder 5-sigma signifikans, før du kan påstå en opdagelse. Det betyder mindre end 0,00003 procents chance for, at dit resultat bare er tilfældig støj. LZ-signalet ligger lige nu på 2,6 sigma — cirka 0,5 procents chance for at være en tilfældighed.
Det er interessant, ikke afgørende.
Tænk på det sådan her: Forestil dig, at du leder efter en tabt kontaktlinse på dit køkkengulv. Du ser noget blankt. Er det linsen? Måske. Er det en krumme? Også måske. Er det et lille stykke folie fra aftensnacket i går? Måske. Du bliver nødt til at samle det op og faktisk kigge på det for at være sikker.
LZ-holdet har brug for mere data. De har heldigvis allerede indsamlet verdens største datasæt til mørkt stof-søgninger, og de stopper ikke foreløbig.
Hvad sker der nu?
Eksperimentet bliver ved med at køre og indsamle mere data dag for dag. Hvis det mystiske signal bliver ved med at dukke op — eller endnu bedre, hvis flere lignende begivenheder hober sig op — vil signifikansen kravle mod den magiske 5-sigma-grænse.
Eller også kan signalet forsvinde og afsløre sig selv som en statistisk glitch. Det er også videnskab. Nogle gange er null-resultatet lige så vigtigt.
Uanset hvad finder jeg noget smukt ved denne her bestræbelse. Vi sidder halvanden kilometer under jorden, omgivet af utrolig ren flydende xenon, og leder efter usynligt stof, der udgør størstedelen af universet. Universet er mærkeligt, og vi bliver ved med at prøve at forstå det alligevel.
Om LZ faktisk har fået øje på mørkt stof, er stadig uvist. Men for nu har vi ét lillebitte, uforklarligt signal, der får fysikere verden over til at holde øjnene stift rettet mod skærmen.
Hold jer nysgerrige, folkens. Universet har altid flere overraskelser i vente.