29.04.2010
Artikel

E=mc²

Af Jakob Vedelsby

Formlen er forudsætningen for atomkraft og atombomber, men også for eksperimenterne med at genskabe The Big Bang, som lige nu foregår i Europas største fysiklaboratorium på grænsen mellem Frankrig og Schweiz (se fx artiklen “Svaret på universets gåde” i Magisterbladet nr. 2/2010).

Fysikeren Stefania Xella er ansat på Niels Bohr Institutet og arbejder med intet mindre end universets skabelse. Men hvad har det med formlen at gøre?

Det kræver lidt baggrund. E=mc² er en del af Einsteins relativitetsteori, som meget kort fortalt udsprang af hans revolutionerende idéer om, at lysets hastighed er konstant (c), og at fysikkens love er ens, uanset hvor hurtigt man bevæger sig. Formlen illustrerer, at masse (m) er en form for energi (E), som kan konverteres til andre former for energi – og vice versa.

Det var erkendelser, som ændrede verden totalt. Man blev i stand til at lave masse om til energi og udvikle kerneprocesser, hvilket resulterede i energiforsyning i form af atomkraft og altødelæggende våben, som er en afgørende faktor i magtbalancen på jorden. Men E=mc² åbnede også for at gøre det modsatte – det vil sige for at transformere energi til masse. Og nu nærmer vi os det, Stefania Xella bruger de fleste af sine vågne timer på at forske i.

Energikugler og partikelsværme
Hun er involveret i et af de eksperimenter på CERN (European Organization for Nuclear Research), hvor man forsøger at genskabe The Big Bang. Det sker ved hjælp af udstyr til milliarder af kroner bestående af verden stærkeste magnetfelter, en 30 km lang accelerator og katedralstore partikeldetektorer – alt sammen placeret dybt under jorden i nærheden af Geneve i Schweiz. Stefania Xella fortæller, at eksperimenterne går ud på at lade protoner ramme hinanden med en hastighed tæt på 300.000 km i sekundet. Derved udsletter de hinanden og omdannes til en energikugle, som transformeres til en sværm af partikler, der hver især er op til 1.000 gange tungere end en proton.

Disse tunge partikler findes ikke i universet i dag. Teorien er, at de kun har eksisteret i et ekstremt kort øjeblik umiddelbart efter The Big Bang. Håbet er, at eksperimenterne i CERN vil åbne for større forståelse af, hvad der skete lige efter det store brag, som mange forskere tror kickstartede det univers, vi jordboere er en del af.

De store spørgsmål
Men hvad er det mere præcist, Stefania Xella og hendes kolleger gerne vil forstå?

“Der er utroligt mange ubesvarede spørgsmål. Vi ved fx, at kun 5 pct. af det stof, der er i universet, kan ses direkte. 25 pct. består af det, man kalder “mørkt stof”, og 70 pct. af “mørk energi”. Vi har en teori om, at de usynlige 25 pct. kan være massive partikler, som vekselvirker meget lidt med omgivelserne, men vi ved det ikke – endnu”, siger hun.

Ingen kan heller forklare teoretisk, hvorfor partikler – og dermed fx også et bord eller et menneske – overhovedet har en masse. De fysiske teorier passer meget bedre, hvis partiklerne ikke havde masse. For at forklare, hvorfor partikler overhovedet vejer noget, udtænkte den skotske fysiker Peter Higgs det, der kaldes Higgs-partiklen, hvis eksistens aldrig har kunnet påvises i forsøg. Men det håber man på vil ske i CERN i nær fremtid.

“Jeg er sikker på, at vi finder Higgs-partiklen. Når det sker, vil det være århundredets fund,” siger Stefania Xella. “Det vil betyde, at vi kommer et stort skridt nærmere en forståelse af, hvor alt stof i universet kommer fra”.