Vätepellets från Uppsala kan lösa protonens gåta
2012 startar det europeiska experimentet PANDA, som bland annat syftar till att avslöja hemligheten bakom varför protoner ”väger” för mycket. Örjan Nordhage presenterar i sin avhandling resultat som kan innebära att frysta minikulor av väte producerade genom en metod utvecklad vid The Svedberglaboratoriet, Uppsala universitet, kommer att användas vid experimentet. Disputationen äger rum den 13 oktober.
Molekyler består av atomer som är uppbyggda av kärnor och elektroner. Kärnorna består i sin tur av protoner och neutroner. Ett mysterium med protonen är att den ”väger” för mycket. Förenklat är en proton uppbyggd av tre kvarkar som hålls samman av gluoner, som helt saknar massa. En vetenskaplig utmaning är dock att förstå varför de enskilda kvarkarna bara kan förklara cirka fem procent av protonens totala massa – så varifrån kommer resten?
– Det är som att köpa tre apelsiner i en påse med total vikt på ett kilo. Hemma tar man ut dem ur påsen och väger – fast nu blir resultatet sammanlagt 50 gram, säger Örjan Nordhage.
Med tanke på den ofantliga mängd existerande protoner i atomer, molekyler, världen och universum är det angeläget att studera detta problem. Detta är en av uppgifterna för det framtida experimentet PANDA i Darmstadt, Tyskland, med start 2012. Här ska en accelererad stråle av antiprotoner kollidera med protoner på ett mål som strålen riktas mot. Slutprodukten från kollisionen, ett sorts splitter av nya partiklar, ger utslag i en specialdesignad detektor. Beroende på vad som detekteras, och var, kan sedan kollisionsprocessen återskapas. Inför detta experiment undersöks flera alternativa mål som strålen ska riktas mot, så kallade strålmål.
Vid The Svedberglaboratoriet har ett speciellt strålmål med ”vätepellets”, frysta minikulor av väte, utvecklats och redan placerat Uppsala universitet på den internationella kartan när det gäller accelerator- och strålmålsteknik. De har använts i experiment i den egna anläggningen i Uppsala mellan 1999 och 2005 och Örjan Nordhage har undersökt möjligheterna att använda pellets även i PANDA-experimentet.
I sin avhandling presenterar han data som innebär att kraven på acceleratorn och strålens storlek kan definieras redan nu. Han visar också att användandet av pellets innebär att kortlivade partiklar kan detekteras mer än 30 gånger så effektivt jämfört med andra typer av strålmål. Ett led i arbetet har varit att bygga ett testsystem för att möjliggöra vissa unika försök. Eftersom väte normalt fryser vid 259 minusgrader krävs stor nedkylningskapacitet och Örjan Nordhage har med hjälp av testsystemet kunnat visa att prestandan höjs automatiskt om man gör nedkylningen vibrationslös.
– Om pellets används i PANDA-experimentet förstärks Uppsala universitets redan starka position för en lång tid framöver. Resultaten och de i denna avhandling föreslagna förbättringarna har ökat chansen för att så verkligen blir fallet, säger Örjan Nordhage.
Kontaktinformation
Kontaktperson: Örjan Nordhage, tel: 018-471 32 52, 070-236 90 28 eller via e-post: orjan.nordhage@tsl.uu.se
