Gigantisk maskine under jorden skal løse antistoffets gåde

På bunden af en udtjent guldmine i den amerikanske delstat South Dakota går gravemaskiner snart i gang med at gøre plads til et gigantisk fysikforsøg.

Her skal 4 højteknologiske dybfrysere fyldes med 68.000 ton af ædelgassen argon, der skal holdes flydende ved en temperatur på minus 185 grader celsius. Det skriver Videnskab.dk.

Hver beholder bliver 66 meter lang, 19 meter bred og 18 meter høj – omtrent som en 6-etagers boligblok.

Når det hele er på plads, vil fysikerne bruge opstillingen til at opfange spor efter neutrinoer – bittesmå, spøgelsesagtige elementarpartiker, som fysikerne ikke ved ret meget om.

Læs også: Hvad er antistof?

Måske kan resultaterne fortælle forskerne, hvorfor vi har masser af stof og stort set intet antistof i universet.

Neutrinoer skydes gennem jordskorpen

Eksperimentet hedder Deep Underground Neutrino Experiment, forkortet DUNE. Det placeres 1.475 meter under jorden, for her er detektorerne rigtig godt beskyttet mod kosmisk stråling – partikler fra det ydre rum – der kunne forstyrre målingerne.

Neutrinoer gider ikke rigtig lege med de andre elementarpartikler. Derfor suser de nemt lige igennem alting, inklusive de 1.300 km klippegrund.

Men en sjælden gang imellem vil en neutrino vekselvirke med andet stof. Det vil ske, at en neutrino støder ind i et argonatom i DUNE.

Læs også: Neutrinoer forvandler sig på rejse gennem Jorden

Sammenstødet sætter gang i en kædereaktion, hvor elektroner bliver frigivet. Elektronerne bliver opfanget af detektorer, der installeres overalt på beholdernes indvendige sider. Så kan fysikerne regne tilbage og finde ud af neutrinoens energi og retning.

Hvorfor forsvandt antistoffet?

Det store spørgsmål er så, om neutrinoer og deres antipartikler, der ikke overraskende kaldes antineutrinoer, opfører sig på præcis samme måde.

Hvis det ikke er tilfældet, kan det måske forklare, hvorfor universet er fyldt med stof, og antistoffet forsvandt ganske tidligt i universets historie.

Læs også: Iskoldt eksperiment skal afsløre stoffets hemmelighed

Det er nemlig en af fysikkens store gåder, fortæller Morten Medici, der er neutrinoforsker og postdoc på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet:

»På en eller anden måde må der være produceret mere stof end antistof tidligt i universets historie, og det må skyldes, at stof og antistof opfører sig en smule forskelligt – at ikke alle processer forløber på samme måde for stof og antistof.«

Test af teknologien går snart i gang

Neutrinoer kan være kraftigt involveret i dette brud på symmetrien mellem stof og antistof.

Læs også: Eksperiment afslører: Baglæns varmestrømning er mulig

Hvis fysikerne kan vise, at neutrinoer og antineutrinoer ikke opfører sig helt ens, kan det føre til løsningen på stoffets gåde.

Det er først og fremmest det, DUNE skal bruges til. Detektoren vil vise, om der er forskel på den måde, neutrinoer og antineutrinoer opfører sig på.

Forsøgsopstillingen er nok først klar i 2028. Men inden da skal teknologien testes i mindre skala med ProtoDUNE – to neutrinodetektorer baseret på samme princip som DUNE, men noget mindre.

ProtoDUNE har hjemme på det europæiske forskningscenter CERN i Schweiz, og forskerne forventer, at ProtoDUNE er klar til at tage de første målinger i løbet af efteråret.