Fysikken kan stadig ikke identificere stof, der udgør størstedelen af ​​universet

De sidste par årtier har indvarslet en fantastisk æra inden for videnskaben om kosmologi. En bred vifte af højpræcisionsmålinger har givet os mulighed for at rekonstruere vores univers historie i bemærkelsesværdige detaljer.

Og når vi sammenligner forskellige målinger - af universets ekspansionshastighed, lysmønstrene frigivet ved dannelsen af ​​de første atomer, fordelingen i rummet af galakser og galaksehobe og overflod af forskellige kemiske arter – vi finder ud af, at de alle fortæller den samme historie, og alle støtter den samme række af arrangementer.

Denne forskningslinje har bl. ærligt talt, været mere succesrige, end jeg tror, ​​vi havde nogen ret til at have håbet. Vi ved mere om oprindelsen og historien af ​​vores univers i dag, end næsten nogen for et par årtier siden ville have gættet, at vi ville lære på så kort tid.

Men på trods af disse meget betydelige succeser, der er meget mere at lære. Og på nogle måder, de opdagelser, der er gjort i de seneste årtier, har rejst lige så mange nye spørgsmål, som de har besvaret.

En af de mest irriterende kommer ind i hjertet af, hvad vores univers faktisk er lavet af. Kosmologiske observationer har bestemt den gennemsnitlige tæthed af stof i vores univers med meget høj præcision. Men denne tæthed viser sig at være meget større, end der kan forklares med almindelige atomer.

Efter årtiers målinger og debat, vi er nu overbeviste om, at det overvældende flertal af vores universs stof – omkring 84 procent – ​​ikke består af atomer, eller af ethvert andet kendt stof. Selvom vi kan mærke tyngdekraften af ​​denne anden sag, og fortæl tydeligt, at det er der, vi ved simpelthen ikke hvad det er. Denne mystiske ting er usynlig, eller i det mindste næsten. I mangel af et bedre navn, vi kalder det "mørkt stof". Men at navngive noget er meget anderledes end at forstå det.

I næsten lige så lang tid, som vi har vidst, at mørkt stof eksisterer, fysikere og astronomer har udtænkt måder at forsøge at lære, hvad det er lavet af. De har bygget ultrafølsomme detektorer, indsat i dybe underjordiske miner, i et forsøg på at måle de blide påvirkninger af individuelle mørkt stofpartikler, der kolliderer med atomer.

De har bygget eksotiske teleskoper – følsomme ikke over for optisk lys, men over for mindre velkendte gammastråler, kosmiske stråler og neutrinoer – for at søge efter den højenergistråling, der menes at blive genereret gennem interaktioner mellem mørkt stofpartikler.

Og vi har søgt efter tegn på mørkt stof ved hjælp af utrolige maskiner, der accelererer stråler af partikler – typisk protoner eller elektroner – op til de højest mulige hastigheder, og derefter smadre dem ind i hinanden i et forsøg på at omdanne deres energi til stof. Tanken er, at disse kollisioner kan skabe nye og eksotiske stoffer, måske inklusive den slags partikler, der udgør det mørke stof i vores univers.

Så sent som for ti år siden, de fleste kosmologer – inklusive mig selv – var rimelig sikre på, at vi snart ville begynde at løse gåden med mørkt stof. Trods alt, der var et ambitiøst eksperimentelt program i horisonten, som vi forventede ville gøre os i stand til at identificere arten af ​​dette stof og begynde at måle dets egenskaber. Dette program omfattede verdens mest kraftfulde partikelaccelerator – Large Hadron Collider – såvel som en række andre nye eksperimenter og kraftfulde teleskoper.

Men tingene gik ikke, som vi havde forventet. Selvom disse eksperimenter og observationer er blevet udført så godt eller bedre, end vi kunne have håbet, opdagelserne kom ikke.

I løbet af de sidste 15 år, for eksempel, eksperimenter designet til at opdage individuelle partikler af mørkt stof er blevet en million gange mere følsomme, og alligevel er der ikke vist nogen tegn på disse undvigende partikler. Og selvom Large Hadron Collider efter alle tekniske standarder har præsteret smukt, med undtagelse af Higgs boson, ingen nye partikler eller andre fænomener er blevet opdaget.

Den stædige undvigelse af mørkt stof har efterladt mange videnskabsmænd både overraskede og forvirrede. Vi havde, hvad der så ud til at være meget gode grunde til at forvente, at partikler af mørkt stof ville blive opdaget nu. Og dog fortsætter jagten, og mysteriet bliver dybere.

På mange måder, vi har kun flere åbne spørgsmål nu, end vi havde for et årti eller to siden. Og til tider, det kan se ud til, at jo mere præcist vi måler vores univers, jo mindre forstår vi det. I hele anden halvdel af det 20. århundrede, teoretiske partikelfysikere var ofte meget succesrige med at forudsige den slags partikler, der ville blive opdaget, efterhånden som acceleratorer blev stadig stærkere. Det var et virkelig imponerende løb.

Men vores forvidenhed ser ud til at være kommet til en ende - de længe forudsagte partikler forbundet med vores foretrukne og mest velmotiverede teorier har stædigt nægtet at dukke op. Måske er opdagelserne af sådanne partikler lige rundt om hjørnet, og vores tillid vil snart være genoprettet. Men lige nu, der synes at være ringe opbakning til en sådan optimisme.

Som svar, massevis af fysikere går tilbage til deres tavler, revidere og revidere deres antagelser. Med forslået ego og lidt mere ydmyghed, vi forsøger desperat at finde en ny måde at forstå vores verden på.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.