På väg mot materiens innersta

Vad betyder begreppet växthuseffekt som är förknippat med klimatet på jorden? Hur inverkar vattenångan i atmosfären på klimatet?

Vårens studentskrivning i fysik är avklarad. Frågorna ovan ingick i en av uppgifterna, något som passade årets skribenter bra. De hade nämligen fått en presentation av just detta under sitt besök på World Meteorological Organization, som ingick i den traditionella fysikresan till Genève.

Partikelfysik, supraledning och lite kemi utgjorde de stora doserna kunskap under resan. Marina Koroleff, Max Virtanen, Markus Regårdh, Robin Paetau, Dani Korpela, Peik Sjöblom, Sebastian Lindfors och Wilhelm Hammarberg delar med sig:

När jag var yngre tänkte jag att allt redan var upptäckt och att vi vet allting om världen vi lever i. I gymnasiet har vi lärt oss om hur mycket det är som vi faktiskt inte vet, också om de mest grundläggande frågorna, och att vetenskapen hela tiden förändras då vi lär oss nytt och med hjälp av den ständigt utvecklade teknologin. Nyfikenhet, har vi lärt oss i psykologin, är något som driver oss människor. Vi vill veta hur, vad och varför. Vilka är de fundamentala regler och lagar som styr vår värld, vad är allting uppbyggt av och varifrån kommer vi? Det är mycket som vi ännu inte vet fastän teknologin och vetskapen om världen ökar hela tiden.

I samband med kursen FY 11 gjorde vi en resa till Genève i Schweiz för att besöka Cern, där man undersöker grundläggande egenskaper hos materia. I Large Hadron Collider (LHC) accelereras protoner till 99.9999991 % av ljusets hastighet, och kolliderar sedan. Dessa kollisioner undersöks med hjälp av olika detektorer. Då man gör detta får man ut information om hur de minsta möjliga partiklarna påverkar varandra. Det ger alltså insikt i hur världen fungerar och de fysikaliska lagar som styr den.

Besöket började med en presentation om Cern, vad man gjort där och vad målen är. Bland annat Higgsbosonen som förklarar varför materia har en massa upptäcktes i LHC för några år sedan. En av de mest fascinerande sakerna vi fick lära oss var att det finns så mycket som man ännu tror att man kommer att hitta, att man vet att vetenskapen kommer att gå framåt. Det som man gör på Cern är inte endast något som ger svar på våra frågor utan det har också gett något till vår allas vardag. Till exempel World Wide Web var ett projekt som startade i Cern.

Cern är ett internationellt projekt med 22 medlemsländer och människor från över 100 länder jobbar där. Dessutom går LHC över gränsen till Frankrike så vi gjorde en bussresa över gränsen för att besöka en av detektorerna, CMS. Där guidades vi runt och vår guide berättade bland annat om hur LHC fungerar och hur detektorerna hade installerats. För att den 27 kilometer långa acceleratorn ska kunna accelerera partiklar till hastigheter nära ljusets krävs väldigt låga temperaturer (-271.3℃) och ett vakuum som är högre än det i yttre rymden, detta för att minska på friktionen, alltså den värme som annars skulle bildas.

Partikelfysik är något som är väldigt abstrakt och något som det ibland varit svårt på lektionerna att förstå att det kan användas i praktiken. Under besöket fick vi lära oss om hur vetenskapen och instrumenten som används utvecklats. Att det varit möjligt att göra de upptäckter som gjorts på Cern är väldigt fascinerande. Besöket i Cern var för mig i alla fall något som motiverade till att se möjligheter men också att vilja förstå bättre vad världen består av.

Vi besökte ett universitet i Genève där vi fick möjlighet att delta i en lektion med laboration. Ämnet vi studerade var kirala molekyler, som hör mera till kemi än fysik. Även om vi är fysiker så var informationen lärorik. Lektionen och laborationerna var kanske menade för lite yngre elever men det stoppade inte oss från att ha roligt. Vi studerade kirala molekyler med hjälp av gitter som polariserade ljuset. Man kunde se att ljusvågorna bryts på olika sätt i molekylerna och deras spegelbilder. Molekyler som är kirala skiljer sig mycket från varandra, t.ex. apelsin och citron. Till sist gjorde vi ett experiment där vi luktade på fem olika ämnen och deras kirala motsats.

Den andra delen av gruppen fick ta del av en kemiverkstad som kallades för drug design. Efter en kort introduktion fick vi i uppgift att skapa en medicin mot två sjukdomar. Vi använde oss av ett professionellt dataprogram för att först bygga en molekyl och sedan testa om molekylen fungerar som läkemedel. Dataprogrammet jämförde molekylens funktionella grupper med redan existerande läkemedels funktionella grupper och kunde då dra slutsatser om hur läkemedlet fungerar. Verkstaden gav en inblick i svårigheten att tillverka medicin med de önskade egenskaperna.

SUPRALEDARE

Supraledning upptäcktes år 1911 av Heike Kamerlingh Onnes och är ett fenomen som uppträder i vissa material under en viss kritisk temperatur. Material karakteriseras som supraledare då deras elektriska ledningsförmåga är oändligt stor och då Meissnereffekten uppstår.

Meissnereffekten är det fenomen som uppstår då en supraledare placeras i ett yttre magnetfält. Supraledaren bildar då en perfekt spegelbild av magnetfältet och fungerar således som en perfekt diamagnet. Då ett magnetfält närmar sig en supraledare bildas det en ström i supraledaren, som i sin tur ger upphov till ett magnetfält. Magnetfältet som bildas i supraledaren motverkar det magnetfält som håller på att närma sig. Därmed bildas det en repulsiv kraft, som trycker iväg magnetfältet d.v.s. magneten. På detta sätt får man en magnet att levitera, då den magnetiska repulsionen övervinner tyngdkraften för magneten.

Då temperaturen hos det supraledande ämnet stiger över den kritiska temperaturen försvinner de supraledande egenskaperna. Detta gör supraledarna till en stor utmaning, då man idag inte känner till något ämne som är supraledare vid rumstemperatur. För att ett ämne ska bli supraledare måste det alltså kylas ner till en temperatur under den så kallade kritiska temperaturen. Detta kan man gör med till exempel flytande väte eller kväve. Den högsta kritiska temperaturen för supraledare som man känner till idag är 135 Kelvin vilket motsvarar minus 138,15 oC.

Om man skulle lyckas komma fram med en supraledare vid rumstemperatur skulle mycket av dagens teknologi förändras. Det skulle exempelvis kunna utvecklas nya extremt känsliga instrument, som skulle öppna nya vägar för forskning inom bland annat medicin. Dessutom skulle det också ta med sig nya mycket energisnåla och snabba transportmedel. Med hjälp av supraledare skulle man dessutom kunna lösa flera av dagens energiproblem. Då supraledarens resistans är noll, kan man transportera elektrisk ström utan några energiförluster. Denna metod kan man naturligtvis idag använda sig av då supraledarna är nerkylda, men det är dock inte ekonomiskt hållbart. Framtiden ser således väldigt utmanande och intressant ut för supraledare.



Texter: Filip Engström, Benjamin Hartman, Lola Lerche, Celeste Nummelin
Foton: Micaela Andersin, Peik Puotinen, Freja Schalin
ggs 2d vit