Av vad består universum? Fråga en fysiker; hon svarar med gluoner och kvarkar, med partiklar vars egenskaper uppstår först då de efter­frågas, med mörk materia, mörk energi och svarta hål. Hon svarar med att förvränga begreppen: en partikel är inte en partikel utan en våg, vågpartikelns läge är oftast varken här eller där utan någonstans mittemellan, tillvarons minsta beståndsdelar befinner sig i ständig tvekan mellan varat och intet.

Djupt nere i berggrunden under den europeiska partikelforskningsanläggningen Cern utanför Genève går ett storskaligt projekt mot sin fullbordan. Till sommaren förväntas den nya partikelacceleratorn LHC (Large Hadron Collider) stå färdig. I dess tunnlar skall protoner, och även blyjoner, slungas mot varandra med enorm kraft, för att i krocken producera en kaskad av nya partiklar, och kanske rentav öppna dörrar mot okända universum. Acceleratorbygget började planeras redan under tidigt 80-tal, gavs formellt klar­tecken 1994 och har alltsedan 1998 hållit en mängd tekniker, vetenskapsmän och ingenjörer sysselsatta med datorprogrammering, utgrävningar, planering och tillverkning av jättemagneter.

I den nya acceleratorn drivs partiklar med hjälp av kraftfulla magnetfält runt i anläggningens cirkulära gångar i två motsatta riktningar, till dess att de når upp i hastigheter nära ljusets. När partiklar som färdas åt olika håll sedan krockar med varandra uppstår små explosioner av koncentrerad energi, en mängd Big Bangs i miniatyr. Resultatet av kollisionerna – omkring 600 miljoner per sekund – registreras i ett flertal detektorer utspridda längs tunnelns omkrets. Otaliga explosioner av W-bosoner och toppkvarkar, men också ett veritabelt jordskred av ettor och nollor: LHC kommer efter igångsättning att ensam svara för en procent av världens sammanlagda produktion av information, information som stora delar av fysikens forskarvärld glupskt kommer att kasta sig över. Trots det stora antalet kollisioner förväntas det dock dröja så mycket som två eller tre år innan man hunnit samla tillräckligt med data för att kunna påvisa existensen av hittills okända partiklar, och för att kunna styrka, eller avfärda, teorier om supersymmetri och dolda dimensioner; några av de fysikens mer kontroversiella hypoteser som man hoppas kunna utforska med LHC:s hjälp.

Men den kanske viktigaste förhoppningen på den kommande verksamheten i de 27 kilometrarna underjordiska gångar är att man där slutgiltigt skall kunna bekräfta den moderna fysikens standardmodell. Standardmodellen kan sägas vara summan av samtidens etablerade kunskap inom partikelfysik, och är ett försök att på ett systematiskt sätt beskriva de partiklar som bygger upp den värld vi känner och hur de interagerar med varandra genom tre krafter: den starka, den svaga och den elektromagnetiska.

I modellen samsas medlemmar i de två partikelfamiljerna kvarkar och leptoner, materiens minsta byggstenar, med kraftförmedlande partiklar som beskriver hur materiepartiklarna påverkar varandra. Atomkärnans partiklar, protonen och neutronen, är båda uppbyggda av kvarkar, och den elektron som i högstadieundervisningens förenklade atommodell cirklar kring kärnan som en planet kring solen, är en lepton. Om kvarkar och leptoner är de varelser som befolkar vårt småskaliga universum, kan kraftförmedlarpartiklarna sägas vara deras språk. Men det tycks vara ett fantastiskt språk, fullt av trollformler och magiska ord.

Medan vår vardagliga förståelse av kraft är något som orsakar förflyttning eller ­acceleration, så är de krafter som verkar i elementarpartiklarnas värld mer exotiska: här sitter kvarkarna tätt ihopslingrade, sammantvinnade av den starka kraften som helt sonika producerar nya kvarkar om man försöker dra isär dem, här bollar laddade partiklar masslösa fotoner mellan sig med ljusets hastighet, och här genomför den svaga kraften trollerinummer som får neutroner att förvandlas till protoner och elektroner. På kvarkars och leptoners skala skuttar partiklar obekymrat över skyhöga energibarriärer, en partikel som rör sig framåt i tiden kan lika gärna beskrivas som en annan partikel som åldras baklänges, partiklar uppstår och förintas inom loppet av en miljondel av en miljondel av en sekund – och vad menar vi förresten med partikel? Vi vet mycket, men förstår desto mindre.

Samtidigt har standardmodellen visat sig vara enormt framgångsrik när det gäller att förutsäga utfallet av experiment. Utöver de partiklar som bygger upp vår välkända materia och deras kraftförmedlande kamrater, förutsäger teorin en mängd andra partiklar, som tros ha varit vanligt förkommande i universums energi­intensiva barndom. På grund av sin höga energi sönderföll de mycket snabbt, och iakttas därför inte längre runtomkring oss. Vid de energier som kan åstadkommas i anläggningar som LHC kan de dock produceras på nytt, och under 1900-talets sista decennier har partikel efter partikel vars existens förutsagts av standardmodellen också dykt upp i laboratoriet som en blinkande siffra på partikeldetektorernas skärmar.

En ytterligare styrka hos standardmodellen som fysikalisk teori betraktad, är att den lyckats knyta samman två av de tre krafter som verkar mellan elementarpartiklarna, så att de kan förstås som olika former av en och samma kraft: den svaga kraften och den elektromagnetiska kraften ges inom standardmodellen en gemensam beskrivning, en upptäckt som belönades med Nobelpriset 1979. I sin nuvarande form är teorin dock oförmögen att beskriva alla de krafter som verkar mellan våra kända partiklar. Gravitationen, den mest gäckande av de fyra fundamentala krafterna, saknar helt beskrivning inom standardmodellen. Skälet till att teorin ändå ger en så god beskrivning av elementarpartiklarnas växelspel är att gravitationskraften mellan dem är så mycket svagare än de övriga tre.

Som den ursprungligen formulerades saknade standardmodellen också en mekanism som kunde beskriva varför massa över huvud taget uppkommer. Så småningom utvecklades en teori för detta: man införde ett fält i vilket man tänkte sig att alla partiklar befinner sig. Vissa partiklar – de som saknar massa – förmodas förbli opåverkade av detta fält, medan massiva partiklar som rör sig i fältet fastnar och måste kämpa på lite extra för att förbli i rörelse: det är denna extra energi som vi registrerar som massa. I sällskap med det massgivande fältet dök också en ny karaktär upp i kretsen av subatomära partiklar: Higgsbosonen. Higgsbosonen är ännu inte observerad, och denna partikel är en av dem som man hoppas få stöta på vid de enormt energiintensiva kollisioner som skall genomföras i LHC:s tunnlar. Om den visar sig dyka upp och har de förväntade egenskaperna, kan det ses som ett slutligt belägg för standardmodellens giltighet. Men i alla händelser lär Higgsbosonen bli en flyktig bekantskap: den antas ha en försvinnande kort livslängd, och det bästa man kan hoppas på är att upptäcka den genom indirekta spår, i form av de mer stabila partiklar som den sönderfaller till nästan innan den hunnit skapas.

Komplicerat nog, alltså, tycks det vara med fysiken för den värld vi känner. Men under senare år har det framkommit observationer och resultat som antyder att vår välkända del av universum i själva verket bara utgör en bråkdel av allt som existerar. Om forskarnas uppskattningar stämmer utgör den vanliga materian – den som byggs upp av kvarkar och leptoner – så lite som fyra procent av universums totala mängd energi och massa. Resten, tror man, består av mörk materia och mörk energi: två gåtfulla existenser som ännu inte observerats direkt, men som gör sig påminda genom himlakroppars oväntade rörelser och andra stjärnsystems svårförklarliga rotation.

Som namnet antyder är den mörka materian inte direkt observerbar, vilket beror på att den bara interagerar med vår vanliga materia genom gravitationen. I stället upplever vi dess effekter indirekt, genom krökning av ljus som färdats långt genom rymden, och genom att galaxer roterar på ett annat sätt än vad som förutsagts av teoretiska beräkningar. Vad den mörka materian består av kan fysikerna än så länge bara spekulera i. Vissa tror att den utgörs av superpartners till våra kända partiklar; teorier om supersymmetri gör gällande att var och en av standardmodellens medlemmar har ett mystiskt syskon; varje kvark en skvark, elektronen en selektron och så vidare. Kanske står dessa partikelfamiljernas svarta får att finna i den mörka delen av universum.

Den mörka energin är mörk i samma mening som den mörka materian: omöjlig att direkt observera och ännu utan fullständig beskrivning. Vad vi känner till om den är att den inte har materians tendens att klumpa ihop sig, utan ligger utbredd som en filt över rymden. Hade gravitationen tillåtits verka ostörd skulle den pågående expansionen av universum så småningom saktas in, men istället tycks utglesningshastigheten tillta; detta kan vara en effekt av den mörka energin, som tros uppta så mycket som 70 procent av universums samlade massenergi.

Mycket tyder alltså på att vi är främlingar i det universum som vi trodde att vi kände. I universum, förresten, kanske rentav bara i universums utkant!

Med våra futtiga tre rumsdimensioner och enda tidsdimension är det möjligt att vi befinner oss i en begränsad del av en långt mycket mer mångbottnad tillvaro. Den moderna fysikens strängteori föreslår existensen av flera rumsdimensioner – minst sex stycken till – men med ett helt annat sinnelag än våra tre, som ogenerat fläker ut sig hand i hand med tiden. Dessa dolda dimensioner skulle ha knutit sig in i sig själva strax efter universums födelse, och sedan dess legat och kurat obemärkta, för små för att vi skall kunna hitta dem.

Men deras litenhet skall inte misstas för obetydlighet: skyggt ihoprullade kan de glupskt svälja hela världar. Det spekuleras i att dessa blyga dimensioner sörplar gravitationskraft från det universum vi känner, vilket skulle förklara varför den gravitation vi upplever i vårt 3+1-dimensionella universum är så mycket svagare än de övriga tre formerna av växelverkan mellan partiklar.

Även dessa små serpentinvärldar hoppas många experimentalister kunna locka fram vid partikelkollisionerna i LHC, även om tvivlare också står att finna; ingen nu existerande teori nödvändiggör egentligen de extra dimensionerna, utan tillåter bara möjligheten till deras existens. Men uppenbarligen, menar vassa tungor, fungerar dimensionsspekulationerna alldeles utmärkt som skäl för att spendera astronomiska summor på ytterligare en ny maskin till laboratorielekplatsen utanför Genève. LHC har, inte minst av ekonomiska skäl, konstruerats i de redan befintliga tunnlar som fram till år 2000 härbärgerade Cern:s tidigare flaggskepp, LEP (Large Electron Positron Collider). Trots denna besparingsåtgärd uppgår kostnaden för projektet till omkring tre miljarder euro, oräknat de utgifter som tillskrivs vart och ett av de sex experiment som kommer att bedrivas vid anläggningen. Förutom den europeiska forskningsorganisationens medlemsländer finns nationer som USA, Japan och Indien bland finansiärerna.

Åsikterna om LHC går alltså isär, som åsikter så ofta gör; detta om något torde vara en naturlag. Och medan fysikerna träter dras de sista skruvarna åt på dipolmagneter och vakuumkammare i den schweiziska underjorden. Kanske kommer den nya acceleratorn vid Cern verkligen att hjälpa oss att nå ökad förståelse av de fantastiska mikroskosmer som ryms i våra kroppar. Kanske är det inte genom allt kraftfullare partikelkrossars splittring av tillvaron i ständigt nya fragment som vi slutgiltigt kommer att förstå oss själva.

Oavsett vilket fortsätter Higgsbosonen sin ännu så länge ostörda tillvaro i sällskap av sina släktingar några dimensioner bort. Om de nu finns.