Skabelsesberetningen: En sand historie

Når den nye tids skabelsesberetning en dag skal skrives, bliver en central dato onsdag den 10. september 2008. For da blev strømmen for første gang sat til verdens største fysikeksperiment. Large Hadron Collider i forskningscentret CERN i Schweiz blev tændt. Og hvis alting går som forventet, kan fysikerne bruge den til endelig at forstå livet, universet og alt det der…

Ydmyg visdom

For Niels Bohr-professoren Jens Jørgen Gaardhøje har den kommende viden faktisk et filosofisk element: »Jo bedre vi forstår universet, jo bedre forstår vi at vi mennesker bare er en lille bitte brik. Det giver en vis ydmyghed over for verdensaltet.« Ydmyghed er ellers ikke det ord man ville hæfte på fysikernes ambitioner. I CERN søger de svar på hvad universet er lavet af, og hvordan det er blevet som det er. De vil vide hvorfor ting vejer noget. Hvorfor vi, vores planet, og alle de stjerner vi kan se herfra, er lavet af stof i stedet for antistof. Hvad resten af universet er lavet af. Hvordan det hele blev til, og om der gemmer sig ekstra universer eller dimensioner på tværs af de fire dimensioner vi kender.

Det lyder som en ordentlig mundfuld. Men svarene skal nok komme når nu CERN’s fysikeksperiment kommer rigtigt i gang. »Hvis de er der, så finder vi dem,« siger Troels Petersen om de såkaldte Higgs Bosoner som fysikteorierne har forudsagt i snart mange år. Troels Petersen er uddannet fysiker fra Niels Bohr Institutet i København. De seneste år har han arbejdet som Research Fellow ved forskningscenteret i CERN. Der har han været med til at bygge et af de tusindvis af måleapparater der udgør hjertet i fysikeksperimentet.

Han fortæller at Higgs bosonen er den sidste partikel der mangler, for at fysikerne kan forklare hvorfor stof har masse. Som tingene står lige nu, har fysikerne nemlig ikke helt styr på hvorfor ting vejer det de gør, og hvorfor nogle partikler overhovedet ingen masse har. Han er en del af det team der skal finde partiklen der forklarer masse, mens et hold af hans kolleger gerne vil vide hvorfor vi i dette univers har stof i stedet for antistof. De mange spørgsmål kan kun besvares ved at smadre atomer, og så se hvad der triller væk fra sammenstødet. Og lige som det er med bilsammenstød, er det også med atomsammenstød. Jo voldsommere kollision, jo mere triller der væk fra ulykkesstedet. Derfor har fysikerne investeret år af deres liv, og milliarder af skatteborgernes penge, i at bygge den såkaldte Large Hadron Collider.

Et underligt navn

Large Hadron Collider er ikke så meget et navn som det er en præcis beskrivelse. Hadroner er partikler der er bygget op af quarker. Det vil sige sådan noget som de protoner og neutroner der udgør atomernes kerner. LHC’s opgave er at smadre hadroner ind i hinanden og måle på de atombestanddele der triller væk fra kollisionen. Og LHC er stor. Dens vigtigste bestanddele er en 27 kilometer lang ringformet magnet-svævebane hvor subatomare partikler kan løbes op i fart til et ordentligt sammenstød. Den store magnetring gør LHC til historiens største laboratorie-eksperiment. Altså en Stor Hadron Kollisionsmaskine. Large Hadron Collider.

Prøve med publikum

Da strømmen endelig blev sluttet til det enorme fysikeksperiment onsdag den 10. september, sad hundredvis af forventningsfulde fysikere bænket i kontrolrummet. Her var det øjeblik de alle havde ventet på. Hvis acceleratoren ikke virkede, ville det have været en katastrofe for international fysikforskning. På en af pladserne sad en nervøs Troels Petersen.

»Det der med at vente på at der kommer lys i knapperne, er der ikke noget ‘bare’ over. For hvis den ikke virkede, ville alt vores arbejde i de sidste 25 år have været værdiløst. Derfor var alle lykkelige, da den virkede.« Selv om der var så meget på spil, var verdenspressen indbudt til den allerførste testkørsel, fortæller professor Jens Jørgen Gaardhøje fra Niels Bohr Institutet.

»Vi havde faktisk ikke snydt. Godt nok havde vi ‘trænet’ og sendt partikler halvvejs rundt i acceleratoren. Men der var ingen der vidste om det ville lykkes at komme hele vejen rundt. Det var virkelig en premiere for rullende kameraer.« På protonernes 27 kilometer lange rute skulle tusinder og atter tusinder af magneter og elektronik indstilles med allerstørste forsigtighed. Lidt ligesom en bil der skal køres til. Bare i meget større skala. Alligevel tog det kun 58 minutter at få det første bundt protoner sendt hele vejen rundt i accelerator-ringen. Efter yderligere en time kunne protonerne køre begge veje, og LHC var i princippet klar til at foretage de første kollisioner. Jens Jørgen Gaardhøje er umådelig stolt af resultatet. »Det her er verdenshistoriens største forskningsinstrument. Det var en stor bedrift at få den til at køre. Og en imponerende opvisning at det lykkedes at cirkulere i begge retninger på så kort tid.«

Troels Petersen er også mere end fortrøstningsfuld efter den problemfrie start. Da fysikernes forrige store atomknuser i CERN skulle startes, tog det tolv timer at komme rundt med den første protonstråle. »Jo nemmere det går at starte op, desto større sandsynlighed er der for at det vil gå godt i de kommende år. Det at alt var ‘smooth’, indbyder til at forvente at vi får en masse data.«

Datamonster

Og data er det det hele handler om. Alene på ATLAS-detektoren kommer der fyrre millioner målinger i sekundet fra 100 millioner individuelle målepunkter. Og der er seks detektorer. Når LHC kommer op i fuld fart, forventer forskerne en daglig datamængde svarende til den der løber gennem hele verdens telefonnet. Så meget data kan man ikke længere analysere med en almindelig supercomputer. I stedet har CERN-forskere udviklet en helt ny måde at bruge computere. Man tager helt almindelige kontor-pc’er og seriekobler dem i tusindvis. På tværs af institutter. På tværs af universiteter. På tværs af landegrænser. Alle institutioner der har ekstra computerkapacitet, er blevet inviteret til at koble sig på det såkaldte GRID. Og det er ikke første gang CERN-forskere udvikler nye måder at udnytte computere på. World Wide Web blev også opfundet her.

Fysikerbarakker

Hovedindgangen til forskningscentret i CERN ligger lige uden for Geneve, få hundrede meter fra den svejtsisk-franske grænse. Og det føles næsten som at rejse ind i et andet land når man passerer porten. Også her skal man vise pas og tjekkes af vagter. Men så får man også adgang til den internationale partikelfysiks åndelige hjemland. Det er nu ikke det CERN ligner. Arkitektonisk giver det snarere associationer til rumænske børnehjem. Byggestilen er klassisk barakby. Præfabrikerede betonvægge, eternittage og punkterede termoruder. Og så her og der punkthuse der ligner noget fra Brøndby Strand. Alt hvad der er interessant her, ligger dybt nede i jorden.

Måleudstyret der skal opfange sporene efter de smadrede partikeldele, kaldes detektorer. De seks forskellige detektorer ligger fordelt som gigantiske perler på en meget lang granitsnor dybt under jorden langs den 27 kilometer lange acceleratorring. For at komme ned til dem, skal man igennem yderligere sikkerhedscheck, og så ind og rumle i flere minutter i en højhastighedselevator. Man føler sig som en minearbejder på denne rejse mod jordens indre. Men når man når frem, er det til noget der ligner en religiøs åbenbaring. De største af CERN’s detektorer er så store at de ville fylde kirkerummet fuldstændigt ud i den berømte Notre Dame-katedral i Paris. Og de huller der er gnavet ud af den rå alpeklippe, er fyldt til bristepunktet. Detektorerne er bygget til at måle på elektrisk ladet partikel-skrot. Med de målinger kan fysikerne afsløre partiklernes masse, hastighed, elektriske ladning og andre og langt mere eksotiske egenskaber.

Jagten på Det Mørke Stof

Eksotiske egenskaber er noget af det Troels Petersen meget gerne vil se. Ud over jagten på den masseforklarende Higgs-partikel, deltager han i en anden jagt som har langt større perspektiver: Jagten på Det Mørke Stof. Mørkt stof er endnu et af de fænomener som fysikerne er sikre på findes; de ved bare ikke hvad det er. Tyngdeobservationer fra rummet tyder på at universet indeholder en vis mængde stof og energi. Men astrofysikerne kan kun se fire procent af det der bør være der. Fordi de ikke kan se de resterende 96 procent, kalder de resten for mørkt stof og mørk energi. Troels Petersen håber at et af de besynderlige partikler der triller ud af LHC’s kollisioner vil vise sig at være en kandidat til hvad mørkt stof er for noget.

»Det ville være en triumf uden lige,« siger Troels Petersen. »Hvis det lykkes, bliver det der hvor fysikken kommer med en forklaring på universet … Og så giver det jo nok også en billet direkte til Stockholm.« Om en eventuel Nobelpris kommer i hænderne på Troels Petersen personligt, er dog tvivlsomt. Forskerholdene omkring CERN-eksperimentet er enorme. Alene ATLAS-detektoren, hvor Troels Petersen arbejder, beskæftiger 1.700 forskere fra 37 lande. Men det gør heller ikke så meget hvis Nobelprisen ikke bliver hans private. »Jeg har ingen ambition om at blive nævnt i en Nobelprisudtalelse. Men hvis jeg er med til at finde ud hvad Mørkt Stof er, så er det da noget jeg vil fortælle mine børn og børnebørn.«

Naturlove for mikroskopbyggere

Når fysikere som Troels Petersen og Jens Jørgen Gaardhøje nu kan være så sikre på at få mere at vide, kan de takke fysikeksperimenternes uangribelige grundlov. Hver gang man giver acceleratoren én gang mere energi, kan man undersøge ting der er én gang mindre. Og det er afgørende fordi universets grundlæggende byggesten er så ubegribeligt små. Hvis et atom blev forstørret op til at være på størrelse med planeten Jorden, ville de protoner og neutroner der udgør kernen, være på størrelse med et olympisk stadion. Og de quarker der er byggesten for neutroner og protoner, ville være på størrelse med tennisbolde. Fysikerne har altså ikke en kinamands chance for at få noget interessant at se med det blotte øje. Men på mange måder er Large Hadron Collider et mikroskop der giver forskerne mulighed for at ‘se’ ind i atomernes kerner – og tilbage til tidernes morgen.

Højere, stærkere, mærkeligere

Fysikeksperimentet i CERN er en imponerende opremsning af størst, vildest, stærkest. Selve acceleratoren er verdens største køleskab. Ja mere end det. Det er et af de koldeste steder i universet. For at skabe så minimal en elektrisk modstand som muligt, er rørenes indre kølet ned med både flydende kvælstof og flydende helium. Det giver en temperatur på minus 271,3 grader celsius. Og så koldt er der ikke engang i det ydre rum. Acceleratoren er også det mest tomme sted i solsystemet. Trykket inde i acceleratoren er ti gange lavere end på månens overflade.

De partikler der skal støde ind i hinanden får også en ganske velvoksen fart på. Med 99,99 procent af lysets hastighed vil de tilbagelægge LHC’s 27 kilometer 11.245 gange i sekundet. Bare 11 kilometer mere i timen, og de ville overhale lyset. Og når så partiklerne støder sammen bliver den mikroskopiske sammenstødsplads til et af universets varmeste steder, med en temperatur der er en million gange varmere end i centrum af solen. Og så kan LHC operere med 30 gange så høj energi som den hidtil kraftigste accelerator. Derfor ‘forstørrer’ LHC 30 gange mere end nogen anden accelerator hidtil.

Når teorier dør

Når Large Hadron Collider kommer op på at arbejde ved fuld styrke, skal den bruge så meget strøm at lyset i millionbyen Geneve bogstaveligt talt dæmpes for et øjeblik. Til gengæld vil lyset slukkes permanent for en lang række af fysiske teorier. Alle de tidligere gange fysikerne har fået acceleratorer med højere energi, har de, og vi, fået noget nyt at vide om hvordan verden virker. Som Jens Jørgen Gårdhøje siger: »Vi er ret sikre på at der vil ske noget, og har masser af idéer til hvad der vil ske. Masser af forskellige teorier der forudser forskellige fænomener.« Men nogle af de mange teorier vil altså ende på historiens mødding i løbet af de kommende måneder. »Indtil man har lavet forsøget, er alle teorier lige gode. Men med målinger kan vi se hvilken teori, der har bedst fat i virkeligheden. Det er det der er forskellen på fysik og metafysik”.

Et krøllet univers

En af de ting Jens Jørgen Gaardhøje håber på at afsløre, er hvor mange dimensioner der findes i universet. For der er noget der tyder på at de almindelige fire ikke er tilstrækkelige til at forklare nogle af fysikkens mere bizarre data. Det har været klart siden Einstein ophøjede tid til at være den fjerde dimension på linje med op/ned, frem/tilbage og fra side til side. Og nogle af fysikkens teorier opererer med adskillige ekstradimensioner. Faktisk er der nogle af de teoretiske fysikeres ligninger der slet ikke går op, hvis ikke de eksperimentelle fysikere i Cern finder beviser for mindst ti ekstra rumlige dimensioner. Men hvis det lykkes, mener Jens Jørgen Gaardhøje også at det vil være et åndeligt stangspring for hele menneskeheden »Hvis vi finder flere dimensioner, kan vi måske finde svaret på nogle af de fænomener vi i dag ikke forstår. Måske kan fænomener vi i dag betragter som adskilte, vise sig at være forbundne. Det vil være en intellektuel og kulturel revolution på linje med Copernicus og Galileo«.

Metro til erkendelse

De to renæssanceforskere viste at jorden drejer rundt om solen, og ikke omvendt. Men dybt nede i alpeklippen laver Large Hadron Collider forhold der godt kunne ligne universets allertidligste sole. Det er de færreste der får lov til at komme ind i selve den tunnel der huser partikelacceleratoren. Og den er egentlig også lidt skuffende at se. I bund og grund er den bare en 27 kilometer lang og trang kopi af Københavns Metrotunnel. Det meste af pladsen er optaget af to blå rør. De ligner nærmest fjernvarmerør, men det er inden i dem at neutroner og protoner skal accelerere op til hastigheder næsten lige så høje som lysets, for til sidst at smadre sammen i ultravarme sammenstød.

For at give partiklerne så meget fart på, har det været nødvendigt at lave en slags magnetsvævebane af superledende magneter. Rørene er simpelthen en ‘ledning’ der er kølet ned til lige omkring det absolutte nulpunkt. Ved den temperatur sker der noget afgørende. Ledningen mister næsten al modstand. Atomknuseren i alpeundergrunden har foreløbigt opført sig eksemplarisk. Alligevel frygter Jens Jørgen Gaardhøje at det kommer til at kræve tålmodighed at spejde efter de eksotiske atomfragmenter. »Det man kigger efter, er de sjældne begivenheder. For hvis de ikke var sjældne, ville vi have opdaget dem allerede. Men nu har vi høj energi, følsomme detektorer og et godt analyseapparat«. Problemet er bare at det ikke er nok at se en sjælden partikel en enkelt gang, forklarer Jens Jørgen Gaardhøje. »Spørgsmålet er hvor lang tid man skal køre for at få nok af de sjældne partikler til at lave lidt statistik på.«

Skabelse eller dommedag

Nå ja. Og så er der lige det med skabelsesberetningen. LHC’s supervarme kollisioner vil skabe forhold der minder om de første millisekunder efter Big Bang. Nu vil Gaardhøje og hans team afsløre hvordan de subatomare partikler har opført sig i øjeblikket efter den giga-eksplosion der tændte for universet. Kan de det, kan de komme nærmere på at forstå hvad der får atomerne i vores univers til at hænge sammen.

»Jeg synes det er imponerende at vi kan genskabe og forstå spillets regler. Og det vi får at vide her, kan vi bruge til at foretage det næste tankespring. Til at forstå det samlede billede endnu bedre.«

Hvad enten man tror på hellige bøger eller ej, betyder det at fysikerne er ved at skrive universets sande skabelsesberetning. Men enhver skabelsesberetning med respekt for sig selv har vedhæftet en dommedagsprofeti. Det kolossale fysikforsøg under alperne har fået nogle få forskere til at frygte at jorden ville gå under i et CERN-skabt sort hul. Men kollisionsforsøgene på CERN er en bleg og energifattig kopi af de naturlige sammenstød mellem kosmisk stråling ude i rummet, ti millioner, millioner gange i sekundet. Så dommedagsprofeterne kan lægge basunerne fra sig.

Large Hadron Collider har kørt siden onsdag den 1. september 2008. Jorden eksisterer endnu, og snart kan fysikerne begynde at læse op af endnu et spændende kapitel i den nye naturvidenskabelige skabelsesberetning. Og Gaardhøje er stolt over at være med til at skrive den. »Religioners skabelsesberetninger er jo et forsøg på at skabe orden i kaos. Og det er nødvendigt fordi vi mennesker har brug for tryghed. Fysik er så en måde at skabe den orden baseret på realiteter. Det giver mig den tryghed jeg har brug for.«