På färd mot materiens inre

Det börjar i Wilhelm Röntgens laboratorium med katodrör som ger ifrån sig något som påverkar fosfor. Slump eller den kombination av slump, nyfikenhet och flyt som benämns serendipitet, gjorde att Röntgen letade vidare och upptäckte en märklig form av strålar som inte hade samma karaktär som elektriciteten han använt. I en ekvation står X för det okända, så det blev X-strålar med hans ord. Begreppet X-rays används fortfarande i engelskan, medan det blev röntgenstrålar på svenska och sedan även verbet röntga.

Det är en lång rad begåvade, nyfikna och egensinniga personer vi får möta i fysikern Suzie Sheehys bok The Matter of Everything (Knopf, 2023) om partikelfysikens historia. Därtill finns små ljuvliga anekdoter om många av dem, som Ernest Rutherford som inte bara skapade den första tankemodellen av atomens uppbyggnad, utan som dessutom var övertygad om att experimenten fungerade bättre om han svor ordentligt åt utrustningen i laboratoriet. 

Läsaren får ta del av de teoretiska landvinningarna, det praktiska slitet med att framställa maskiner och apparater som kunde bevisa förekomsten av olika partiklar och fenomen och i flera fall också fina exempel på kommande tillämpning av upptäckter och insikter. Ibland blir det förstås dråpligt och makabert som när strålningens risker skulle undersökas genom att använda en råtta. Efter bara en minut var den stackars råttan död. Först efteråt kom insikten att det förstås kunde ha berott på att den placerats i ett vakuum och därför inte fått någon luft. 

Albert Einstein fick Nobelpriset för sina upptäckter om den fotoelektriska effekten, vilken senare utgjorde den teoretiska grunden för fotonen, partikeln som i någon mån gav svaret på frågan om ljus är partiklar eller en vågrörelse. Fotonen kan vara bådadera, eller om den nu bättre beskrivs som att den har energi, frekvens och rörelseenergi snarare än massa.  Krångligt och närmast obegripligt är det för en lekman, i varje fall. Och värre blir det!

Efter att den klassiska atomstrukturen med protoner, neutroner och elektroner blivit fastställd, fortsatte sökandet efter vad som fanns inne i atomkärnan och hur den hölls ihop. I vanlig kemi är det antalet protoner som avgör vilket grundämne atomen utgör, antalet neutroner bestämmer vilken isotop av det grundämnet som just den atomen tillhör och om antalet elektroner är av samma antal som protonerna är atomen neutral, annars är den en elektriskt laddad jon. Sådant har betydelse inom kemin, men partikelfysikerna var på jakt efter något än mer grundläggande – sanningen om naturens uppbyggnad. 

Där Europa legat i frontlinjen före första världskriget blev sedan USA den ledande forskningsnationen. Tyska forskare flydde nazismen och de brittiska flyttade över av säkerhetsskäl. Under Manhattan-projektet pågick storskaliga experiment för att klyva atomer och därmed tillverka vapen med förödande effekt. Teknik och vetenskap anses ofta vara separerat från etik, men i detta fall blev det tydligt att flera av forskarna som ingick i samarbetet, i efterhand drabbades av dåligt samvete eller obehag när väl de första atombomberna släppts över Hiroshima och Nagasaki. 

Det är en lång och slingrig bana som mänskligheten har följt på vägen mot ökade kunskaper

De senare kapitlen ägnar sig inte enbart åt själva experimenten som sådana, utan än mer åt den gemensamma ansträngning som krävdes för att göra experimenten möjliga. Apparater med allt högre spänning och allt starkare och tyngre magneter behövde konstrueras för att experimenten skulle kunna genomföras. Underjordiska utrymmen från övergivna gruvor användes, liksom nybyggda anläggningar utanför Stanforduniversitetet. De senare lyckades inte bara producera forskning och vetenskap, utan även kommersiell användning av olika slag, vilket senare ledde fram till dagens Silicon Valley. Det är en lång och slingrig bana som mänskligheten har följt på vägen mot ökade kunskaper och insikter. 

Samtidigt är det som Sheehy skriver att upptäckter inte bara sker genom slump eller serendipitet. Det är alltid en människa, eller möjligen flera, som kan dra samma slutsats av de observationer som görs. Ju bättre tränad en person är på att dra de korrekta slutsatserna och avfärda andra möjliga teorier, desto större är sannolikheten att just den människan också gör själva upptäckten. Naturvetenskapen i sig bryr sig mindre om vem som upptäcker något eller varför. Teori, metod och slutsats är öppna att ifrågasätta och den sämre förklaringsmodellen får ge vika för de teorier som ger bättre förklaringar. Ofta är det så att teorierna föregår experimenten som därmed kan bekräfta eller falsiera beroende på utfall. Men i andra fall i historien har ett experiment gett upphov till något som i efterhand har behövt få sin förklaring. 

Som så många historiska böcker som sträcker sig in i samtiden blir det tyvärr lite tråkigare ju närmare nuet vi kommer, kanske för att det är svårare att ge facit för något som fortfarande pågår. Samarbetet i CERN gav visserligen inte bara möjligheten att finna bevis för Higgs-bosonens existens, utan också att Tim Berners-Lee kom på att för att kunna analysera de ofattbara datamängder som genererades i experimenten behövdes ett särskilt protokoll för att flytta information mellan olika datorer, det som senare blev www. Men trots dessa fantastiska exempel tappar boken på slutet och blir personlig och sentimental. Från de första kapitlens sprakande energi och upptäckarlusta blir det mer av beskrivningar om vikten av forskningssamarbete.

Även om Sheehy är skicklig på att lyfta fram de ofta bortglömda, ignorerade eller aktivt bortknuffade kvinnliga fysikerna som gjort avgörande insatser, men sällan blivit belönade med Nobelpriset, är hennes personliga insats inom partikelfysiken mindre intressant. Hon har dock åstadkommit något få fysiker lyckats med. Hon har skrivit en bok som beskriver hur människan lyckats blottlägga materiens innersta beståndsdelar, och har fortfarande en ödmjuk inställning till att vi inte kan förklara antimateria eller egentligen på vilket sätt gravitationen fungerar.  Det är den stora gärningen i sammanhanget.