Varje dag kolliderar vi med exotiska rymdpartiklar

av Kai Nordlund Forum 2018-09, sida 29, 25.10.2018

Varje sekund strålar tusentals partiklar från rymden igenom oss – och vi vet inte ens vad de alla är.

[caption id=“attachment_9540” align=“alignright” width=“220”] Kai Nordlund är professor i beräkningsmaterialfysik vid Helsingfors universitet.[/caption]

Detta låter kanske skrämmande, men i själva verket är det inget att oroa sig för. Orsaken är givetvis att sannolikheten att partiklarna träffar en atom i våra kroppar är otroligt liten – och också om de gör det så orsakar de ingen nämnvärd skada. Varför vi inte behöver oroa oss för det återkommer jag till, men först beskriver jag vad dessa partiklar egentligen är.

Tio träffar per sekund. Partiklarna kan rangordnas enligt hur starkt de växelverkar med vanliga atomer, som också vi människor består av. Myonerna, tyngre kusiner till den vanliga elektronen, växelverkar faktiskt ganska starkt. De bildas kontinuerligt då solvinden träffar jordens övre atmosfär, och har efter att de bildats så hög energi att de lätt kommer igenom hela atmosfären. Men när de slår till mot marken blir det stopp: efter några tiotals meter av sten har så gott som alla myoner stannat. En människa träffas i runda tal av tio myoner per sekund, av vilka de flesta dock åker igenom vår kropp, för att sedan stoppas någonstans under jorden.

Flyktiga neutriner. Neutrinerna kommer mest direkt från solen. De är mycket lätta kusiner till elektronen, men inte laddade, och därmed växelverkar de extremt svagt med all materia. Växelverkan är i själva verket så svag att de allra flesta neutrinerna åker galant och obemärkt igenom hela jordklotet. För att detektera neutrinerna krävs därför enorma extremt känsliga instrument. En av dem, Super-Kamiokande (Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment) i Japan, består av 50 tusen ton vatten – och även med allt detta förmår man inte detektera mer än några tiotal neutriner per dag. Detta trots att hundratals miljarder neutriner åker igenom detektorn varje sekund.

Mystisk, mörk massa. Den mest exotiska möjligheten för kollisioner med märkliga partiklar från rymden är den med mörk materia. Utifrån observationer av galaxers rörelse har astronomer funnit att det måste finnas någon tillsvidare okänd typ av materia klumpad kring galaxerna. Denna materia har massa, växelverkar via tyngdkraften med vanlig materia och påverkar därmed galaxernas rotation.

Med datorsimulationer av stjärnors rörelse kan man indirekt lista ut hur denna massa är fördelad kring galaxerna. Den verkar ligga där som ett jämnt fördelat sfäriskt moln kring galaxens centrum. Men direkt kan vi inte observera den mörka materian, för den växelverkar inte med ljus och är därmed helt osynlig för teleskop. Vi vet inte ens om den är i partikelform eller något helt annat. Men simulationerna visar att mörk materia har en massa som är flera gånger större än den synliga materian; stjärnor, planeter och allt annat vi känner till.

Nobelrace. Vi vet att all den vanliga, synliga materian består av partiklar, och därmed är det ganska rimligt att anta att den mörka materian också gör det. Om det är fallet, omringas vi alltså av en massa okända partiklar. De har dock aldrig detekterats, inte ens av de mycket känsliga neutrinodetektorerna. Det finns två möjliga orsaker till detta. Kanske växelverkar de med vanlig materia enbart via tyngdkraften, som är alldeles för svag för att möjliggöra detektion av enskilda partiklar. I så fall finns det inget hopp om att någonsin detektera mörk materia. Däremot finns en chans att de förmodade partiklarna växelverkar med vanlig materia också via en form av mycket svag kärnfysikalisk växelverkan. Då borde någon extremt känslig detektortyp kunna observera dem, och det finns hundratals partikelfysiker om optimistiskt bygger sådana – den som lyckas först erhåller ju säkert Nobelpriset.

Ifall den mörka materian faktiskt växelverkar med vanlig materia på något annat sätt än tyngdkraften, är det dock inte så att de kolliderar med oss. Tvärtom, i så fall är det vi som kolliderar med dem. Vårt solsystem roterar nämligen kring galaxens centrum med en hastighet på 250 km/s. Den mörka materian tros inte rotera, eller också gör den det mycket långsammare. Med andra ord kolliderar atomerna i våra kroppar då konstant med partiklar av mörk materia.

Naturlig radioaktivitet. Hur vet vi då att dessa kollisioner med myoner, neutriner och kanske mörk materia från rymden är ofarliga? Orsaken är att antalet sådana kollisioner är mycket mindre än den vanliga naturliga radioaktiviteten. Vi omges, oberoende av rymden, av naturliga radioaktiva isotoper, som finns överallt: i luften, i stenar, i byggnadsmaterial och till och med i mat.

Denna naturliga radioaktivitet orsakar slumpmässiga kollisioner i vår kropp hela tiden, och detta är en helt naturlig process som har förekommit under hela mänsklighetens evolution. I små mängder är den givetvis ofarlig. Kollisionerna med partiklar från rymden är en del av denna radioaktivitet, men man vet att deras totala bidrag är mycket mindre – och därmed ännu ofarligare – än radioaktiviteten vi dagligen utsätts för från de jordnära naturliga källorna.

Därmed behöver vi faktiskt inte oroa oss för vetskapen att vi konstant bombarderas av energetiska partiklar från rymden, de skadar oss inte. Däremot kan man spekulera – då vi ju inte vet mycket om mörk materia – att kanske vi med våra kollisioner söndrar dess möjliga strukturer.