JAKTEN PÅ MAGNETISKA MONOPOLER PÅ CERN OCH I VULKANER – KATARINA DISPUTERAR

Standardmodellen är namnet på den samling teorier som beskriver den moderna partikelfysiken: alla elementarpartiklar och växelverkningarna dem emellan. Även om Standardmodellen beskriver vår verklighet med fantastiskt noggrannhet, vet vi med säkerhet att den inte kan vara det slutgiltiga svaret på hur vårt universum hänger ihop! Många mysterier inom fysiken, såsom mörk materia och mörk energi, frustrerar och engagerar såväl teoretiska som experimentella partikelfysiker. De teoretiska partikelfysikerna försöker utvidga och komplettera Standardmodellen och de experimentella partikelfysikerna arbetar med att verifiera eller falsifiera de nya teorierna.

Frontpage_drawing

Illustration från avhandlingens framsida. Illustratör: Julia Eriksson

Professor Magentas Katarina Bendtz disputerade den 4e maj i år i experimentell partikelfysik vid Stockholms universitet. De senaste 5 åren har hon vigt åt magnetiska monopoler. I analogi med elektriska laddningar, såsom +1 för protonen och -1 för elektronen, är magnetiska monopoler en hypotetisk partikel med isolerad magnetisk laddning! Hittills har ingen sådan partikel observerats. De kända elementarpartiklarna har magnetfält med både syd- och nordpol, precis som en liten stavmagnet, så kallade magnetiska dipoler.

Magnetiska monopoler är så kallad ny fysik, och förekommer i flera olika fysikteorier ”bortom Standardmodellen”. Det mest fascinerande med magnetiska monopoler är dock att de besvarar frågan varför elektrisk laddning är kvantifierad, dvs varför alla värdet av den elektriska laddningen hos alla elementarpartiklar endast förekommer i form av multipler av 1/3 av elektronens laddning!

Katarina har letat efter monopoler i två olika forskningsprojekt. I det första projektet användes ATLAS-detektorn vid LHC på CERN, där protoner med extremt hög energi krockas. När protonerna kolliderar omvandlas en del av energin till nya partiklar, bl a förhoppningsvis nya partiklar som man inte tidigare observerat. Monopoler skulle, om de existerade, ha mycket speciella egenskaper, som att jonisera detektormaterialet kraftigt. Detta användes för att kunna urskilja dem från andra partiklar i den enorma mängd data som ATLAS samlat in. Katarina jobbade med de flesta delar av analysen men speciellt med den statistiska tolkningen av resultatet, som i detta fall var det filosofiskt intressanta: hur ovanliga kan vi med säkerhet säga att monopoler är, givet att vi inte sett några i vårt experiment?

Det andra stora projektet i avhandling involverade vulkaniska stenar. Om monopoler fanns i universum vid uppkomsten av vårt solsystem, kan de nämligen nu finnas bundna till atomer i vår planet! Eftersom de antas vara tunga, är de i så fall antagligen mest förekommande nära jordens tunga mitt, men kan med tiden, alltså de ca 4 miljarder år som jorden existerat, ha vandrat upp längs polaxlarna eftersom de är magnetiskt laddade och alltså påverkas av jordens magnetfält. Stenar från polnära vulkaner med rötter djupt ner i jorden skulle alltså med större sannolikhet kunna innehålla magnetiska monopoler!

I maj i år disputerade Katarina vid Stockholms universitet. Hennes avhandling kan ni läsa här.