3 Mysteries of the Universe — and a New Force That Might Explain Them | Alex Keshavarzi | TED

Översättare: Stéphanie Jurzysta Granskare: Annika Bidner

So today, I’m really here to talk to you all about one thing:

Idag är jag här för att prata med er om en enda sak:

the universe.

universum.

In the world of particle physics,

I partikelfysikens värld

the ultimate goal is to be able to describe

är det slutgiltiga målet att kunna beskriva

all the particles and forces that make up our universe.

alla partiklar och krafter som bygger upp vårt universum.

And while we've made an extraordinary amount of progress in this

Samtidigt som vi har gjort fantastiska framsteg

over the past 100 years,

de senaste 100 åren, och fortsätter att göra det

we're doing it still,

because there are big mysteries about what the universe is made of

för det finns stora mysterier i frågan om vad universum är gjort av

and how we came to be here.

och hur vi hamnade här.

So let me start by introducing you

Låt mig börja med att introducera er för

to three of the big mysteries about our universe.

tre av vårt universums stora mysterier.

First, we know that the universe is expanding.

För det första: Vi vet att universum expanderar.

So astrophysical evidence suggests

Astrofysiska bevis säger

that the universe started as a very dense, very hot Big Bang,

att universum började som en väldigt tät, väldigt varm Big Bang,

and has since been expanding outwards from that point.

och har därifrån fortsatt att expandera.

However, as a complete shock, in the late '90s,

Men, som en fullständig chock, under det sena 90-talet,

physicists discovered that the expansion of the universe

upptäckte fysiker att universums expansion

isn't slowing down, as you might expect --

inte saktar ner, som man skulle kunna tro,

it's actually accelerating,

utan den accelererar,

and we have absolutely no idea as to why this is.

och vi har ingen aning om varför den gör det.

All that we know is that some unknown source or force of nature

Allt vi vet vet är att någon okänd källa eller naturkraft

is stretching the universe out in every direction,

sträcker ut universum i alla riktningar,

at an ever-increasing rate.

i en allt högre hastighet.

And because we don't know what that source is,

Och eftersom vi inte vet vad källan är

we've just called it "dark energy."

har vi bara kallat den "mörk energi".

Now, what we do know about dark energy

Det vi vet om mörk energi

is that it makes up roughly 74 percent of the energy content of our universe.

är att den utgör ungefär 74 procent av energiinnehållet i vårt universum.

So straight off the bat,

Detta innebär

that's 74 percent of our universe that we know absolutely nothing about.

att det är 74 procent av vårt universum som vi inte vet något som helst om.

Second, we know that 85 percent of all the matter in our universe

För det andra: Vi vet att 85 procent av all materia i universum

is made up of something called dark matter.

är uppbyggd av något som kallas mörk materia.

Now, this photo that you're looking at here

Fotot ni ser här

is a picture from the Hubble Space Telescope,

är en bild från Hubbleteleskopet

which shows a cluster of galaxies

som visar ett kluster av galaxer,

four billion light years away from the Earth.

fyra miljarder ljusår bort från jorden.

And what's interesting here

Det som är intressant här

is the left and right parts of this photograph,

är delarna på vänster och höger sida av fotot

because they're actually the same photo.

eftersom de faktiskt är samma foto.

But what you're looking at in the right photo

Det ni ser på det högra fotot

is that it's had a blue filter applied to it,

är att det har fått ett blått filter pålagt

to emphasize the light that's coming towards us

för att förstärka ljuset som kommer mot oss

from the distant universe.

från ett fjärran kosmos.

And what you can see is a dark ring,

Ni kan se en mörk ring

indicating a clearly reduced amount of light coming towards us.

som visar på en tydlig minskning av mängden ljus som kommer mot oss.

Now we believe that this ring is a halo of dark matter.

Vi tror att denna ring är en halo av mörk materia.

Now we have no idea what dark matter is,

Vi har inte en aning om vad mörk materia är

and we've never observed it in experiments here on Earth,

och vi har aldrig observerat det i experiment på jorden,

but we know from several corroborating astrophysical observations

men vi vet, baserat på ett antal bekräftade astrofysiska observationer

that it has to be there.

att det måste finnas där.

Importantly, another thing that we know about dark matter

Viktigt att veta är att en sak vi vet om mörk materia

is that it makes up another 21 percent of the energy content of our universe.

är att det utgör 21 procent av energin i vårt universum.

So that, coupled with the dark energy problem,

Tillsammans med problemet med mörk energi

means that we only know what five percent of our universe is made of,

innebär det att vi bara vet vad fem procent av universum är gjort av

and the rest is totally dark to us.

och resten är ett mörker för oss.

The third problem concerns how we've come to exist at all.

Det tredje problemet handlar om hur vi började att existera.

Now, fundamental particles of matter have their own antimatter particles,

Materians fundamentalpartiklar har sina egna antimateriapartiklar

which are the same as their normal matter counterparts,

som är samma som vanlig materias motsvarigheter

except they have opposite positive or negative charge,

förutom att de har motsatt positiv eller negativ laddning,

just like the two ends of a normal, everyday battery.

precis som ändarna på ett normalt batteri.

Now together, this charge is equal and balanced.

Tillsammans är denna laddning lika och balanserad.

The electron, for example,

Elektronen, till exempel,

which we're a bit more familiar with -- it gives us electricity in our homes --

som vi är lite mer bekanta med - den ger oss elektricitet i våra hem -

is negatively charged.

är negativt laddad.

But it has an antimatter partner called the positron,

Men den har en antimateriapartner, som kallas positron,

which is positively charged.

som är positivt laddad.

Now to ensure this balance,

För att säkra upp denna balans

matter and antimatter are always created and destroyed equally and in pairs.

är materia och antimateria alltid skapad och förstörd i samma omfång och i par.

This is what all of our theories predict,

Detta är vad alla våra teorier säger

and this is what we observe in all of our experiments.

och det är vad vi ser i alla våra experiment.

And so in the Big Bang,

Så i Big Bang

we would [have] expected that matter and antimatter

skulle vi ha förväntat oss att materia och antimateria

would have been created in equal amounts,

skulle skapats i samma mängd

and so we would expect to see equal amounts of matter and antimatter

och vi skulle därför förvänta oss samma mängder materia och antimateria

in the universe today.

i universum idag.

However, nearly every structure of matter,

Men, i stort sett all materias struktur,

every natural structure of matter in our universe --

varje naturlig struktur av materia i universum -

you, me, the Earth, the stars --

ni, jag, jorden, stjärnorna -

are made almost entirely of normal matter,

är i stort sett bara gjorda av normal materia,

leaving a lot of antimatter missing from the balanced equation.

vilket gör att mycket antimateria saknas från den balanserade ekvationen.

For all you Marvel and Avengers fans out there,

För alla er Marvel- och Avengersfans,

it's a bit like someone's just snapped their fingers,

det är lite som om någon bara knäppt med sina fingrar

and half of all the natural stuff in the universe has disappeared.

och hälften av allt naturligt material bara försvunnit.

There literally should be

Det ska, bokstavligen, finnas

another universe's worth of stuff all around us,

tillräckligt med materia för ett till universum runt oss

but somehow, it's not there.

men av någon anledning finns det inte där.

And one of the greatest challenges in particle physics today

Och en av de största utmaningarna inom partikelfysiken idag

is to figure out what happened to all the antimatter

är att räkna ut vad som hände med all antimateria

and why we see an asymmetry between matter and antimatter at all.

och varför vi kan se en asymmetri mellan materia och antimateria alls.

So those are three of the big mysteries about our universe.

Så dessa är tre av de stora mysterierna om vårt universum.

And that's a lot of what we don't know.

Och det finns mycket mer som vi inte vet.

Now, what this means

Detta betyder

is our current understanding of the universe, up until this point,

att vår nuvarande uppfattning om universum, fram till idag

can't tell us why the universe is the way it is,

inte kan förklara varför det är som det är,

or what 95 percent of it is made of.

eller vad det till 95 procent består av.

But importantly, each of these mysteries --

Men det är viktigt, vart och ett av dessa mysterier,

what is dark energy, what is dark matter

vad är mörk energi, vad är mörk materia

and the matter-antimatter asymmetry in the universe --

och asymmetrin mellan materia och antimateria

could all be solved by finding a new particle

kan lösas genom att man hittar en ny partikel

or a new force of nature.

eller en ny naturkraft.

So now, let me introduce you

Så, låt mig presentera er för

to our current understanding of the universe.

vår nuvarande förståelse av universum.

This is it.

Det är denna.

The standard model of particle physics,

Partikelfysikens standardmodell,

the mathematical equation, which I’m sure you’re all very used to.

den matematiska ekvation som ni alla säkert är välbekanta med.

(Laughter)

(Skratt)

Which describes how our universe works.

Den beskriver hur universum fungerar.

You can think of it as the recipe

Ni kan tänka på den som ett recept

for how all the particles and forces in the universe

på hur alla partiklar och krafter i universum

interact and result in the structures of matter

interagerar och resulterar i materians struktur

that we see around us.

som vi ser omkring oss.

Now this equation represents a huge level of achievement

Den här ekvationen representerar de enorma framsteg som gjorts

over the past 100 years,

under de senaste 100 åren

and in its full form, it's much longer, but simplified,

och i sin fullständiga form är den mycket längre, men förenklad

like this,

som denna, ser man en väldigt elegant, enligt min åsikt,

you see a very elegant, I think,

elegant representation of the structure of matter.

en elegant representation av materians struktur.

And then, if that equation is the recipe,

Så om den ekvationen är receptet

then these are the ingredients.

så är detta ingredienserna.

Just 17 ingredients, 17 fundamental particles,

Bara 17 ingredienser, 17 fundamentalpartiklar

where "fundamental" here means they're not known to have a substructure,

och här betyder “fundamental” att de inte har någon delstruktur,

they're not known to be composed of any smaller particles.

att de inte är uppbyggda av mindre partiklar.

And together with the equation on the previous slide,

Tillsammans med ekvationen på den förra bilden

they make up the standard model of particle physics.

utgör de standardmodellen för partikelfysik.

And it is our best, most tested and globally accepted theory

Och det är vår bästa, mest testade och globalt accepterade teori

of all the known particles and forces in the universe.

om alla de kända partiklarna och krafterna i universum.

And it's given rise to much of what we take for granted

Den kunskapen har legat till grund för mycket av det vi tar för givet

in the modern world of today.

i dagens moderna värld.

A good example would be our ability now to harness the energy from the Sun,

Ett bra exempel är hur vi fångar in energi från solen,

where our ability to use solar power and our moves towards nuclear fusion

där vår förmåga att använda solenergi och våra steg mot kärnfusion

couldn't be possible

inte vore möjliga

without understanding the particles and forces of the standard model.

utan förståelse för partiklarna och krafterna i vår standardmodell.

Now, whilst the standard model has been so successful

Även om standardmodellen har varit framgångsrik

at testing the phenomena that we can test here on Earth,

för att testa fenomenen som vi kan testa här på jorden

it cannot accommodate and has no explanation for

kan den inte omfatta och saknar förklaring till

those big mysteries about our universe.

dessa stora mysterier om vårt universum.

And so it's at this point that I'd like to introduce you

Så det är nu jag vill introducera er för

to a particular particle,

en speciell partikel

and the hero of our story, the muon.

och hjälten i vår historia: myonen.

Now, muons may seem unfamiliar to you all,

Myoner kan vara okända för er alla

but actually, they’re around us all the time.

men de finns faktiskt runtomkring oss hela tiden.

Cosmic rays that hit the Earth's atmosphere

Kosmisk strålning som träffar atmosfären

result in showers of muons that constantly bombard the Earth.

resulterar i myonduschar som konstant bombarderar jorden.

You may be surprised to learn, for example,

Det kan verka förvånande att inse

that there are, on average, 30 muons

att, i genomsnitt, 30 myoner

traveling through each and every one of you every second.

färdas genom var och en av er varje sekund.

Now, muons can be thought of, quite simply,

Vi kan tänka på myoner

as the heavy cousin of the electron,

som elektronens tyngre kusin

and they sit next to the electron in this picture,

och de finns bredvid elektronen i den här bilden

and they're about 200 times heavier.

och är ungefär 200 gånger tyngre.

But importantly, they’re an ideal tool for physicists to use

Det är viktigt att poängtera att de är det perfekta verktyget för fysiker

to search and look for new particles and forces

när de söker efter nya partiklar och krafter

to explain those big mysteries.

för att förklara dessa stora mysterier.

And so why is that?

Men varför är det så?

Well, let's assume for a second that we can represent a muon

Jo, låt oss för ett ögonblick anta att vi kan representera en myon

by this gyroscope.

med detta gyroskop.

When you spin a gyroscope,

När du snurrar ett gyroskop

it wobbles around its axis, just like that.

vrider den sig runt sin axel precis så här.

And muons have an identical behavior

Och myoner har ett identiskt beteende,

when you place them in a magnetic field, they spin and they wobble.

när du placerar dem i ett magnetfält roterar och vrider de sig.

Now whilst they're doing this,

När de gör detta

the muon will come into contact

kommer myonen i kontakt

with any and all other particles in the universe,

med alla andra partiklar i universum,

standard model or otherwise.

oavsett standardmodell.

And in fact, it's the interaction of the muon with those other particles

Det är interaktionen myonen har med dessa andra partiklar

that defines how fast it wobbles.

som avgör hur snabbt den vrider sig.

In essence, the more different particles

Alltså, ju fler olika partiklar

that bounce off the muon whilst it is wobbling,

som studsar mot myonen när den vrider sig

the faster it will wobble.

ju snabbare kommer den vrida sig.

And so then this is what we want to measure --

Så det är detta som vi vill mäta:

how fast muons wobble in a magnetic field

Hur snabbt myoner vrider sig i ett magnetfält

due to their interaction with all the particles and forces

baserat på deras interaktion med alla partiklar och krafter

in the universe.

i universum.

Now so far, no new particle or force outside of the standard model

Än så länge har inte någon ny partikel eller kraft utanför standardmodellen

that could explain those big mysteries about our universe

som kan förklara dessa stora mysterier om vårt universum

has ever been discovered.

någonsin upptäckts.

But the point to reemphasize

Vi behöver poängtera igen

is that the rate or the speed by which muons wobble

att hastigheten med vilken myoner vrider sig

when we place them in a magnetic field

när vi placerar dem i ett magnetfält

is directly defined by all the particles and forces in the universe

är direkt definierad av alla partiklar och krafter i universum

that it comes into contact with.

som de kommer i kontakt med.

And so, if we can measure very precisely how fast they wobble,

Så, om vi väldigt exakt kan mäta hur snabbt de vrider sig

we can then compare that to the theoretical prediction

så kan vi jämföra det med den teoretiska förutsägelsen

of how fast they should wobble

om hur snabbt de borde vrida sig

from just the particles and forces of the standard model.

endast utifrån partiklarna och krafterna i standardmodellen.

And then, if the measurement was found to be different and larger and disagree,

Så, om mätningarna visade sig vara annorlunda, större och inte korrelera

then it would be an indication of new particles or forces

skulle det vara en indikation på nya partiklar eller krafter

outside of the standard model

utanför standardmodellen

that could explain those big mysteries about our universe.

som skulle kunna förklara de stora mysterierna om vårt universum.

An experiment I work on has done just that.

Ett experiment som jag arbetar med har gjort just detta.

This is the Muon g-2 experiment located at Fermilab,

Detta är “Muon g-2-experimentet” som finns på Fermilab,

on the outskirts of Chicago.

i utkanten av Chicago.

This ring, which you can see here,

Ringen som ni kan se här

is about 20 meters in diameter,

är ungefär 20 meter i diameter

and it's what's called a storage ring magnet.

och är vad som kallas en lagringsringsmagnet.

It's a ring in which we store muons inside a magnetic field,

Det är en ring där vi lagrar myoner inuti ett magnetfält

which causes them to wobble.

som får dem att vrida sig.

We then make our measurements of how fast they wobble

Sedan mäter vi hur snabbt de vrider sig

and compare that to the theory.

och jämför det med teorin.

Now, this experiment released its first result in April of 2021,

Detta experiment släppte sina första resultat i april 2021

and the take-home message of this talk

och det ni ska ta med er härifrån

is that the result I am presenting to you here today,

är det resultatet som jag presenterar idag

from the Muon g-2 experiment,

från Muon g-2-experimentet,

is the closest glimpse that we've had to seeing a new particle or force

som är det närmaste vi har kunnat skymta en ny partikel eller kraft

here in a laboratory on Earth.

här i ett laboratorium på jorden.

And this is that result here.

Här är resultatet.

So let me take some time to explain to you what this graph is showing.

Låt mig lägga lite tid på att förklara vad denna graf visar.

On the x-axis are the values for how fast muons wobble

På x-axeln finns värdena för hur snabbt myonerna vrider sig

when we place them in a magnetic field.

när vi placerar dem i ett magnetfält.

The green marker on the left

Den gröna markeringen på vänster sida

is the theoretical prediction for how fast they wobble,

är den teoretiska hypotesen för hur snabbt de vrids

from just the particles of the standard model,

endast baserat på partiklarna i standardmodellen

and the green band defines the uncertainty on that prediction.

och det gröna bandet definierar osäkerheten i förutsägelsen.

The orange marker on the right is the new experimental measurement

Den orangea markeringen till höger är vad vi kunde mäta

from the Fermilab Muon g-2 experiment,

i Fermilabs Muon g-2-experimentet

and the orange band defines the uncertainty on that measurement.

och det orangea bandet definierar osäkerheten i den mätningen.

And by uncertainty, I mean we're statistically certain

Med osäkerhet menar jag att hur statistiskt säkra vi är

that both the prediction and the measurement,

på att både förutsägelsen och mätningen,

the value for each should be inside their respective bands.

att respektive värde för de båda skulle finnas inom deras respektive band.

And what you can see is not only do those bands not overlap,

Och det ni kan se är att dessa band inte överlappar

but they differ by quite a large amount,

utan att de skiljer sig åt ganska mycket,

that white gap in the middle indicating a clear disagreement

det vita gapet i mitten indikerar en tydlig motsättning

between the two values.

mellan de två värdena.

What this means is that when muons are placed in a magnetic field,

Det betyder att när myoner placeras i ett magnetfält

they wobble faster than what the theory predicts.

vrider de sig snabbare än vad teorin förutsäger.

So all the known particles and forces of the standard model

Så alla kända partiklar och krafter i standardmodellen

have failed to predict how fast muons have wobbled.

har misslyckats med att förutsäga hur snabbt myonerna vrider sig.

And what does this suggest?

Vad indikerar det?

Well, it suggests that there are new particles or forces

Jo, det indikerar att det finns nya partiklar eller krafter

that aren’t part of that globally accepted theory

som inte är en del av den globalt accepterade teorin

interacting with the muons and causing them to wobble faster.

som interagerar med myonerna och får dem att vrida sig snabbare.

Now, a reason why physicists are so excited about this result

En orsak till att fysiker är så exalterade över dessa resultat

is that the chance that this result is a fluke, statistically,

är att sannolikheten att detta resultat är en lyckträff

is one in 40,000.

är en på 40 000.

So that's the same as saying that there's a 99.9975 percent chance

Så det är samma sak som att säga att det är en 99,9975 procents chans

that we've seen the influence of a new particle or force

att vi har sett påverkan från en ny partikel eller kraft

here, in a laboratory on Earth.

här, i ett laboratorium på jorden.

But a word of caution.

Men ett varningens ord.

Physicists actually set a much stricter threshold

Fysiker sätter faktiskt mycket högre trösklar

by which they can claim a discovery,

för vad de kan räkna som en upptäckt

and that is the chance the result is a fluke

och det är den risken att resultatet var en sinkadus

cannot be more than one in 3.5 million.

inte kan vara mer än på 3,5 miljoner.

And so we haven't reached that discovery threshold yet,

Och vi har inte nått den tröskeln med vår upptäckt än,

and so we can't definitively say

så vi kan inte definitivt säga

that we've seen the influence of a new particle or force.

att vi har sett påverkan från en ny partikel eller kraft.

And the reality is that,

Och sanningen att säga,

to reach the one-in-3.5-million threshold,

att nå en-på-3,5 miljonerströskeln

there's a lot of work to be done.

kräver mycket mer arbete.

But that work is being done right now

Men det arbetet görs just nu

and will continue to be done over the coming years.

och kommer att fortsätta under de kommande åren.

So what does this all mean?

Så vad betyder allt detta?

Well, first, any result from the Muon g-2 experiment,

Först och främst, alla resultat från Muon g-2-experimentet,

even a result that says there were no new particles or forces,

även resultat som visar att det inte finns några nya partiklar eller krafter,

would be a good result.

är goda resultat.

That is science, right?

Det är vetenskap, eller hur?

Sometimes, it's not discovering new things,

Ibland är det inte upptäckten av nya saker,

sometimes, it's just confirming old things.

ibland är det bara att bekräfta gammal kunskap.

And even if that were the case,

Och även om så vore fallet

the by-products of particle physics experiments

är biprodukter av partikelfysikexperiment

have been advancing human civilization for much of the past 100 years.

något som hjälpt den mänskliga civilisationen de senaste 100 åren.

Modern electronics, the internet, satellite navigation --

Modern elektronik, Internet och satellitnavigering

these are all by-products of particle physics experiments or endeavors.

är alla biprodukter från partikelfysikens experiment eller landvinningar

And there's no telling

Och ingen vet

what experiments like the Muon g-2 experiment

vad experiment som Muon g-2-experimentet

could do for us in the future.

kan göra för oss i framtiden.

But if that were the case, and we found no new particle or force,

Men om det vore fallet: Att vi inte hittat någon ny partikel eller kraft

then we wouldn't be able to explain those big mysteries about our universe --

skulle vi inte kunna förklara dessa stora mysterier om vårt universum:

what is dark energy, what is dark matter

Vad är mörk energi, vad är mörk materia

and where did all the antimatter go?

och vart tog all antimateria vägen?

Whatever the outcome,

Oavsett vad vi får fram

the Muon g-2 experiment will keep releasing results,

kommer Muon g-2-experimentet fortsätta att presentera resultat

in the next few years,

under de kommande åren

that will continue to test our understanding

som kommer att fortsätta att testa vår förståelse

of the fabric of reality.

av hur världen är uppbyggd.

I, for one, am really excited about it,

Jag är väldigt hänförd av detta

and I really hope you stay tuned with us

och hoppas att ni fortsätter att följa oss

to find out if we've definitively discovered a new particle or force,

för att få reda på om vi definitivt hittat en ny partikel eller kraft

for the first time.

för första gången.

Thank you very much.

Tack så mycket.

(Applause)

(Applåder)