På den frågan som professor Barbro Åsman (Fysikum, Stockholms Universitet) ställde i sitt föredrag har kosmologerna ännu inget svar. Hennes redogörelse för försöken så långt världen över att komma på något blev en intressant resumé av bl.a. partikelfysikens utveckling och framsteg under vår tid.
Man verkar vara överens i vetenskapskollektivet om Universums expansion efter en ”Big Bang” för drygt 14 miljarder år sedan, och också om den ungefärliga tidtabellen för dess olika faser:
- elementarpartiklar (som protoner och neutroner) börjar bildas efter 10-10 sekunder
- atomkärnor efter 100 sekunder
- neutrala atomer efter 370000 år, då också ljuset från Stora Smällen börjar tränga ut
- stjärnor (kortlivade) bildas efter 400 miljoner år
- därefter bildas grundämnen och så småningom vi människor.
Ingen av alla kända egenskaper och karakteristika hos elementarpartiklar och himlakroppar motsäger detta scenario. Däremot är det svårare att komma runt några besvärande anomalier. En är att expansionen har befunnits accelerera, vilket man har nödgats förklara med en extra dragkraft i form av ännu oidentifierad ”Mörk Energi”. En annan är att Universum ser likadan ut längst bort i alla riktningar, trots att ljuset från urexplosionen passerat oss med ändlig hastighet. Som en förklaring till detta senare faktum har man föreslagit s.k. ”Inflation”, som innebar att Universum inledningsvis under en kort period genomgick en exponentiell expansion vid vilken olika delar tappade kontakt med varandra.
Samtidigt som kosmologerna knåpar med vår bild av Världsalltet och dess historia arbetar partikel-fysikerna med att hitta nya elementarpartiklar och studera dessa och alla de gamla. Amerikanen Carl Andersson, upptäckte positronen – den är lika tung som elektronen men har motsatt laddning – och belönades med Nobelpris 1936. Elektronen-positronen blev det första kända exemplet på materia-antimateria. Då hade positronens existens faktiskt förutspåtts några år tidigare av Paul Dirac, som ett resultat av beräkningar med den modifierade form av Schrödingers vågekvation som han använt, kombinerande kvantmekanik och relativitetsteori. Efter ytterligare några år kunde även antiprotonen och antineutronen påvisas (Segré & Chamberlain, Nobelpris 1959). De subatomära partiklarna – många reaktiva och extremt kortlivade – är idag grupperade i baryoner, mesoner, leptoner och bosoner. I de två förstnämnda är byggstenarna s.k. kvarkar, vilka om man så vill kan betraktas som verkliga elementarpartiklar, emellertid aldrig observerade i fri form. Till varje partikel i de tre första grupperna hör också en antipartikel. Vi vet nu att när materia möter antimateria – t.ex. i en partikelkollision– så skapas energi. Och omvänt: ur energi kan skapas materia + antimateria. Efter urladdningen i Big Bang borde lika mängder materia och antimateria ha bildats, och därefter i sinom tid reagerat och återbildat energi. Av någon anledning hakade den senare processen tydligen upp sig. Om det nu berodde på att avkylningen gick för snabbt eller på att inhomogeniteter på annat sätt uppstått i det ursprungliga plasmat så har dagens Universum ett absolut överskott på materia. Vi spanar förgäves efter antimaterian. Och varför? Svaret får vi alltså vänta på, men vi behöver lära oss mer om antimaterian. Den i CERN utvecklade metoden för insamling av antiväte-atomer, för bl.a. spektroskopiska mätningar, görs med detta ändamål. Man får också bereda sig på att vårt nuvarande teoribygge i längden visar sig otillräckligt för att korrekt kunna beskriva verkligheten. Blir det kanske i stället Higgs-bosoner, som har olika funktioner i ett allestädes närvarande ”Higgs-fält”, eller någon annan ny och djärv representation som slutligen skall hjälpa oss fram till svaren på frågorna om Universums tillkomst och struktur?
Text: Bertil Forslund
Foto: Gunnar Lövsund