HUBRO. Big Bang. Tilbake til. TemA: Nye horisontar i fysikken. Fysikkens åndelige søster Modige menn ofrar stamceller Kina: Open dør for vestleg teori

Transkript

1 HUBRO magasin fra Universitetet i Bergen 1/ årgang Tilbake til Big Bang TemA: Nye horisontar i fysikken Fysikkens åndelige søster Modige menn ofrar stamceller Kina: Open dør for vestleg teori

2 TemA 3 Tilbake til Big Bang TemA 6 Vitskapens svarte hol TemA 8 Den mørke løyndomen 11 Magnetiske fotspor på himmelen 12 Fysikkens åndelige søster TemA TemA Modige menn ofrar stamceller 14 Ny teknikk for kreft-avsløring TemA Open dør for vestleg teori 16 Vil lure klokkegenet 19 Samspillets siste sjanse 25 Gener for godlukt 27 i MoseN Naturvitenskap et fagområde på retur? 28 KRonikK 20 Fysikken pregar vårt verdsbilete I 2005 er det hundre år sidan Albert Einstein hadde sitt «Annus Mirabilis». I løpet av året 1905 skreiv han ikkje mindre enn tre artiklar som kvar for seg er funne verdige av ettertida til ein Nobelpris. I praksis vann han Nobelprisen for berre éin av artiklane om fotoelektrisk effekt men uansett har FN valt å markere hundreårsjubileet med å utrope 2005 til verdas fysikkår. Fysikkvitskapen kan konkurrere med religionen om kva som har vore viktigast for å forme verdsbiletet vårt. I dag forbind mange fysikk med lange og vanskelege likningar og små partiklar som ikkje har noko å seie for vårt praktiske kvardagsliv. Då gløymer ein at fysikkfaget ikkje berre er eit element i alle tekniske hjelpemiddel vi omgjev oss med, men at fysikken også er ein sentral del av kulturhistoria vår. Einstein skreiv sine artiklar medan han sat ved skrivebordet på det sveitsiske patentkontoret i Bern, der han tente til livsens opphald på denne tida. Tilgangen til vitskapleg litteratur og kollegaer han kunne drøfte ideane sine med, var liten. I dag er fysikkforsking så utstyrs- og kostnadskrevjande at det blir utført ved store, internasjonale forskingssentra. I denne samanhengen medverkar enkeltinstitusjonar berre med små bitar i det store puslespelet. Europeisk eksperimentell fysikk er i dag konsentrert ved forskingssenteret CERN i Sveits. UiB jobbar med å leggje sine små, men viktige puslespelbrikker i dette store arbeidet. Stamceller er eit kontroversielt forskingsfelt. Ved UiB får forskarane hjelp frå modige prøvekaninar til å ta ut stamceller der målet er å forbetre kreftbehandling. Det er særleg klokkene i stamceller som interesserer, og dette er eit felt som er i sterk vekst innan internasjonal forsking. Kina er innhenta av den moderne tida, og prøver å skape ein ny, kinesisk identitet. Samstundes som mange har blitt meir interessert i eigne tradisjonar, tørstar unge kinesarar etter kunnskap frå Vesten. Universitetet i Bergen samarbeider med Kina på mange område, særskilt i Shanghai. Noko av dette kan du lese om i dette og neste nummer av Hubro. HUBRO nr 1/2005 Magasin fra Universitetet i Bergen. Kommer ut med 4 utgaver pr. år / REDAKSJON Ansvarlig redaktør: Torny E. Aarbakke / Redaktør: Elin F. Styve, elin.styve@form.uib.no / Temaansvarlig: Hilde K. Kvalvaag, hilde.kvalvaag@form.uib.no / Journalister i dette nr: Sindre Holme / Kjerstin Gjengedal / Runo Isaksen / Frode Buanes / Njord V. Svendsen / Grafisk form: Lars O. Haaheim og Christian Bakke, Formidlingsavdelingen, UiB / REDAKSJONSRÅD Post.doc. Mette Andersson / førsteamanuensis Tore Furevik / professor Ole Didrik Lærum / forsker Tone Hellesund / ADRESSE Nygårdsgt 5, 5015 Bergen, tlf: / Besøksadresse: Nygårdsgt 5 / E-post: hubro@uib.no / Abonnementet er gratis / OPPLAG / Trykk: Bryne Offset / Framsidefoto: istockphoto / Alwyn Cooper / Universitetet i Bergen har om lag studenter og nær ansatte / Rektor: Kirsti Koch Christensen / Universitetsdirektør: Kåre Rommetveit / ISSN / For annonser, kontakt redaksjonen / UiB er medlem av Coimbra-gruppen, en samling av tradisjonsrike europeiske universiteter: Hubro (lat.: Bubo bubo), den største av uglene våre. Den er en typisk vestlandsfugl, og en truet dyreart. Hubroen er klarsynt og klok, og er kjennetegnet i Universitetet i Bergen sin logo. 2 HUBRO 1/2005

3 Nye horisontar i fysikken TemA Hvordan ble universet utviklet? Hva er universets skaperevne? Svarene på disse tidløse spørsmålene kan være nær, når forskerne nå skaper sitt mini-big Bang. Tilbake til Big Bang Vi vet at universet i mikrosekundene etter Big Bang var en suppe av de elementære partiklene kvark og gluon. Vi kaller denne fasen QGP (quark-gluon plasma). Men QGP frøs fort ut og formet nøytroner og protoner, som atomkjerner består av i dag. Kvarker og gluoner ble låst inne i nøytroner og protoner, og de lar seg ikke løsrive. Men det er hva vi jobber med å gjenskape QGP i laboratoriet. Ved å la tunge partikler kollidere i voldsom hastighet i ekstremt høy energi, kan vi frigjøre kvarker og gluoner. Da vil vi få en tilstand som i mikrosekundene etter Big Bang, ifølge Dieter Röhrich, professor i kjernefysikk ved UiB. ALICE heter dette prosjektet, underlagt CERN, den europeiske organisasjonen for kjernestudier. Eksperimentene skal utføres i en kjempemessig, underjordisk akselerator som er under konstruksjon. Fysikere fra UiB spiller en viktig rolle i arbeidet, men de er langt fra alene. Unikt miljø Nei, til det er prosjektet altfor omfattende, teknisk komplisert og kostbart. Forarbeidet begynte allerede tidlig på 90-tallet, og selve eksperimentene tar til i Vi regner med opp til ti års etterarbeid. Om lag tusen forskere fra 83 institusjoner fordelt på 27 land er involvert, et kjempemessig teamwork. Her ved UiB er vi med på å utvikle spesielle detektorer som skal avlese hva som skjer når vi skaper vårt mini-big Bang. Vi bygger tusener av slike detektorer noen av silikon, andre av krystaller eller gass. På forskjellige måter vil vi måle hva som skjer, og på den måten kan vi lære noe om universets skapelse, sier Röhrich. Under eksperimentene befinner forskerne seg 100 meter over selve akseleratoren; gamma- og partikkelstrålingen der nede er dødelig. Ingen kan kalkulere hva som kommer til å skje. Kanskje vil vi finne noe helt nytt et svart hull i miniatyr, spekulerer professor Dieter Röhrich. HUBRO 1/2005 3

4 TemA Nye horisontar i fysikken Så forskerne er avhengige av et uhyre komplisert teknisk apparat. Deler av dette computersystemet er også utviklet ved UiB. UiB har et unikt kjernefysisk forskningsmiljø. Ikke minst fordi vi har så tett og godt samarbeid mellom ulike grupper: teoretiske fysikere, eksperimentelle fysikere og mikroelektronikere. Dermed kan vi både designe og teste ut komplisert utstyr. Menneskelig nysgjerrighet De forestående eksperimentene bygger på en vitenskapelig konsensus om at universet oppsto i og med Big Bang. At det kom fra ett punkt. At det ekspanderer. At det er 15 milliarder år gammelt. Men hvorfor trenger man å vite hvordan universet så ut rett etter Big Bang? Hva er nytten? Vel, hvorfor har vi filosofi? Religion? Hvorfor er vi her? Hvorfor er de samme grunnpartiklene byggesteinene i alt som finnes? Hvorfor er du og jeg bygget av dem? Hva består en nøytronstjerne egentlig av? Dette er kulturelle spørsmål, nesten religiøse. Vi trenger å forstå vår fortid og vår samtid. Derigjennom kan vi også få muligheten til å forstå hva som vil skje i framtiden. Menneskelig nysgjerrighet ligger bak alt dette. Vi gjør det vitenskapelig, vi vil måle hva som skjer, understreker Röhrich. Hva kan ALICE munne ut i, helt konkret? Først og fremst: Dette er grunnforskning. Den praktiske nytten vil kanskje vise seg om 100 år. Slik som grunnlaget for vår tids pc-er er tuftet på over 100 år gammel forskning innen elektrodynamikk. Det er i det hele tatt vanskelig å få bevilgninger til grunnforskning i vår tid. Strategiske Teknologi handler om å få det man vil ha. Fysikk er helt noe helt annet. programmer gjennomsyrer akademia. Politikere og byråkrater vil fortelle oss hva vi skal forske på. Men begrepet oppdragsforskning er egentlig en selvmotsigelse. For la oss være ærlige: Det er jo en mulighet for at våre forventninger ikke innfris, at vi blir sittende igjen med flere spørsmål enn svar. Hadde det vi er på jakt etter allerede vært kjent, hadde vi jo ikke trengt å forske på det. Teknologi handler om å få det man vil ha. Fysikk er helt noe helt annet. Jakten på Higgs Du personlig, hva drømmer du om å finne? Vi framprovoserer en suppe av kvarker og gluoner, for bedre å skjønne egenskapene deres og følgelig også utviklingen etter Big Bang. Kanskje vil vi finne Higgs, altså den såkalt manglende partikkelen som vi i vitenskapelige kretser antar må ligge bak skapelsen av masse. Det er det grunnleggende. Utover det kan alt skje, slik jeg ser det. Kanskje finner vi helt nye partikler? Kanskje treffer vi på fem Higgs? Eller kanskje vi vil finne noe helt nytt et svart hull i miniatyr? Ingen kan kalkulere hva som kommer til å skje. Vi skaper en energitetthet som ingen har sett før. Vi må være åpne for overraskelser. TEKST: Runo Isaksen FOTO: Bjørn Erik Larsen De forestående Big Bangeksperimentene avhenger av et uhy re ko mplis er t teknisk apparat. Deler av dette apparatet er designet og utviklet ved UiB, som denne detektoren. 4 HUBRO 1/2005

5 Nye horisontar i fysikken TemA På fysikkens leikeplass CERN er den europeiske organisasjonen for kjernestudier, og verdas største partikkelfysikklaboratorium. CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire) ligg rett utanfor Genève, på grensa mellom Frankrike og Sveits, og var det første store mellomstatlege samarbeidsprosjektet i Europa etter krigen. Ideen bak organisasjonen er at ein kan oppnå mykje meir ved å slå seg saman, enn om kvart land skulle drive eksperimentell partikkelfysikk åleine. CERN er basert på fri utveksling av vitskap, og dreiv mellom anna vitskapleg samarbeid med Sovjetunionen gjennom heile den kalde krigen. 20 land er i dag medlemer og betalar kontingent til CERN. Denne blir først og fremst brukt til å bygge infrastruktur til forsking, som den nye akseleratoren som no er under bygging. Dei fast tilsette på CERN inkluderer administrativt personell, ingeniørar, teknikarar og servicearbeidarar. Forskarar kjem frå heile verda til CERN for å utføre eksperiment, men desse blir løna av sine heimeinstitusjonar. Noreg er mellom dei landa som har vore medlem sidan starten i Forskarar frå UiB er involverte i både planlegging og analyse av eksperimenta ved CERN. UiB har laga nokre av dektektorkomponentane som skal brukast i dei neste store eksperimenta. CERN har også eigne sommarskular og utvekslingsordningar for studentar. No ventar forskarane spent på kva som vil skje når den nye akseleratoren, Large Hadron Collider (LHC) blir ferdig i HUBRO 1/2005 5

6 TemA Nye horisontar i fysikken Når ATLAS blir skrudd på ein gong i 2007, står fysikarar over heile verda klare til å leite etter forklaringar på kvifor verda er blitt som ho er blitt. Vitskapens svarte hol Verdas største laboratorium i partikkelfysikk ligg utanfor Genève, på grensa mellom Sveits og Frankrike, og ser nokså shabby ut på overflata. Bygningane er gamle og ikkje like solide over alt. Vindauge har byrja losne her og der. Det er under bakken, i den store, sirkelforma akseleratoren som måler 27 kilometer i omkrins, at eksperimenta går føre seg. Der nede er det ingenting som ser shabby ut. Berre litt rotete. Det er midt i byggefasen. Teorien om alt Vi har teke heisen ned til om lag hundre meter under bakkenivå. Her tek den nye akseleratoren LHC (Large Hadron Collider) gradvis form. ATLAS er namnet på eitt av dei fire eksperimenta som er plassert nede i tunnelen, og er saman med ALICE-eksperimentet det eksperimentet UiB er mest involvert i. ATLAS er ein allround-detektor som skal spore opp det meste. Mest same kva som skjer i ein partikkelkollisjon, skal ATLAS greie å fange det opp. Difor er han bygd litt som ein lauk: lag på lag. Den ferdige detektoren skal vere 44 meter lang og 22 meter høg om lag som eit femetasjes hus. Ulike partiklar reagerer ulikt, og difor har vi ulike detektorar i lag utanpå kvarandre, slik at vi kan skilje mellom dei ulike typane av partiklar. Detektorane må vere meir nøyaktige og fintmerkande di nærare kollisjonssenteret dei ligg, fortel Steinar Stapnes. Han er nestleiar for ATLAS, og prosjektleiar for det indre detektorsystemet på eksperimentet. Det meste av dagens kunnskap om partikkelfysikk er oppsummert i det som blir kalla Standardmodellen. Standardmodellen gjev mange forklaringar, men der er også mange hol. Har vi funne dei minste partiklane i materien, eller er desse partiklane i sin tur sett i hop av enno mindre partiklar? Kva er grunnen til at partiklar har den massen dei har? Kvifor greier vi ikkje å inkludere gravitasjonskrafta i Standardmodellen? Desse hola kan ATLAS kanskje vere med på å fylle. Mange vonar at vi snart kan vere ein god del nærare ein teori som sameinar alle vekselverknadene i naturen, den såkalla Theory of Everything (TOE). Må skunde seg å måle Førebels er det berre den indre kjernen i ATLAS-detektoren som er på plass. Her skal protonstrålane møtast og kollidere. Dei kjem i små buntar, nokre centimeter lange og nokre få milliondels meter i radius. Buntane kjem med nokre meters mellomrom, og dei har ein fart som ligg nær lysfarten. Det vil seie at det skjer ein kollisjon 40 millionar gonger kvart sekund. Heilt inst i detektoren er eit sporingskammer, der banen til partiklane blir målt. I den augneblinken partiklane møter massive detektorar, bli banen deira forstyrra. Konsekvensen er at ein må gjere seg ferdig med å måle banen før partiklane treff andre detektorelement. 6 HUBRO 1/2005

7 Nye horisontar i fysikken TemA Aller helst vil vi at det inste området skal vere stort og fullt av detektorar som ikkje tek plass eller veg noko som helst. Det er ei sjølvmotseiing, men det er i alle fall viktig å lage presise, effektive detektorsystem som veg minst mogleg, forklarer Egil Lillestøl. Han er professor ved Institutt for fysikk og teknologi ved UiB, og har hatt tilhald ved CERN i store delar av karrieren. No er han ansvarleg for CERN sine sommarskular i partikkelfysikk. Utanfor sporingskammeret kjem det ulike kalorimeter, som måler energien til dei ulike partiklane. Nøytrale partiklar kjem først til syne her, dei set ikkje spor etter seg i sporingskammeret. Steinar Stapnes peikar på nokre store tankar som står innmed veggen. Dei er leverte av eit norsk firma, og skal brukast til å oppbevare flytande argon. Kalorimeteret er fylt med flytande argon og plassert i eit sterkt elektrisk felt. Partiklane som kjem inn, vil ionisere den flytande gassen, og denne ioniseringsenergien kan vi måle, fortel han. Førti millionar per sekund Når eksperimentet går, vil det bli mykje stråling her inne. Difor er mykje av elektronikken som skal ta unna dei enorme datamengdene, plasserte i andre rom, med solid fjell imellom. Vi må gå gjennom ein tunnel for å kome dit. Der finst krafttilførsel, kjølesystem, avlesarar og kontrollpanel for temperatur og liknande. Steinar Stapnes tek oss med bort til skåpa med signalavlesarmodulane. Her skal førti millionar kollisjonar per sekund lesast ut. Synkroniseringa har alt å seie. Før den første bølgja med signal er komen igjennom detektoren, kjem den neste, og det er ei utfordring å passe på at vi alltid kombinerer dei rette signala. Oppe på bakkenivå arbeider dei på spreng med å sette saman innmaten i detektoren. Det skjer i eit såkalla «clean room»: For å kome inn, må vi gjennom ei sluse der vi tek på oss skoposar og kvite labfrakkar. Ut av eit skåp tek Stapnes nokre små plater med halvleiardetektorar av silisium. Dei er delt inn i smale striper. Kvar stripe er tilkopla elektronikk med svært tynne leidningar, og derifrå skal ein lese ut det elektriske signalet. UiB har vore involvert i utvikling og utprøving av desse detektorkomponentane, i samarbeid med Universitetet i Oslo og Universitetet i Uppsala. For å levere komponentar til CERN, må norske universitet og bedrifter konkurrere med dei beste i verda. Det tvingar oss til å halde eit høgt nivå, seier Stapnes. Må vite kva ein ser etter Datamengda er så stor at ein må vite føreåt kva ein skal sjå etter. Berre om lag 100 av førti millionar kollisjonar har noko nytt å melde. I dei fleste tilfelle vil partiklane berre gå igjennom kvarandre. Det vi er interesserte i, er når to kvarkar kolliderer. Då blir det produsert nye partiklar i alle retningar, og slike hendingar skal vi ha med oss kvar einaste ein. Derfor lyt vi ha algoritmar formlar som kan finne partiklar med høge energiar, og som går ut med store vinklar i høve til inngangsretninga på protonstrålen, forklarer Lillestøl. Alle partiklane som vart danna i det store smellet då jorda vart til, må ha blitt reduserte til dei partiklane vi har ikring oss i dag, inkludert mørk materie. Vi prøver å spole filmen attende, seier førsteamanuensis Anna Lipniacka. Vonleg vil vi få mange overraskingar, men det finst også ein del teoriar som gjev oss ein idé om kva vi skal vere på jakt etter. Nokre teoriar som prøver å sjå bakom Standardmodellen, seier til dømes at protonet kan brytast ned. Det har aldri vore observert. Dersom protonet kan brytast ned, veit vi ikkje kor lang levetid det har, berre at ho må vere veldig lang. Kanskje kan LHC hjelpe oss med å bestemme levetida til protonet. Det ville vere veldig spennande, men elles får vi vere glade for at protonet ikkje bryt saman utan vidare. For då ville vi jo ikkje vore her. TEKST OG FOTO: Kjerstin Gjengedal Proton-kollisjon: Med ATLAS-eksperimentet vil forskarane spesielt sjå på kva som skjer når to kvarkar kolliderer. Kvarkar eksisterer ikkje sjølvstendig i naturen, men berre inne i andre partiklar, først og fremst nøytron og proton som alle atomkjerner er samansett av. I praksis må partikkelen ha elektrisk ladning for å kunne akselererast. Difor er det proton som blir brukt i kollisjonane i ATLAS. Den enklaste måten å skaffe dei på, er å fjerne elektrona frå hydrogenatom, som berre består av eitt proton og eitt elektron. Protona blir samla i tette buntar og akselerert til svært høge energiar. Di høgare energi, de større blir banen til partiklane. Difor må LHCakseleratoren vere 27 kilometer i omkrins. Førsteamanuensis i fysikk ved UiB, Anna Lipniacka, vil bruke ATLAS til å leite etter mørk materie. Førebels er ATLAS ein byggeplass. ATLASnestleiar Steinar Stapnes fortel om planane for eksperimentet. HUBRO 1/2005 7

8 TemA Nye horisontar i fysikken Den mørke løyndomen For få år sidan oppdaga forskarar at universet er fullt av usynleg masse. Så langt har ingen sett snurten av den mørke materien, men ved CERN er jakta i gong. Mørk materie er akkurat det namnet seier: Eit stoff vi ikkje kan sjå eller merke, men som likevel er der. Spørsmålet viser kor tett partikkelfysikken heng saman med astronomi og astrofysikk. Anna Lipniacka er førsteamanuensis ved Institutt for fysikk og teknologi. No er ho mest oppteken av å førebu ATLAS-eksperimentet ved CERN. Det er komplisert. Korleis går ein fram for å observere noko usynleg? Meir masse enn vi ser Når ein måler rotasjonshastigheten til ein galakse, viser det seg at han er større enn ein skulle tru utifrå massen til den synlege materien i galaksen, forklarer ho. Med ein slik rotasjonshastighet skulle alle observerte galaksar eigentleg gå i oppløysing, og materien bli slynga ut i verdsrommet. Når det ikkje skjer, må det vere fordi gravitasjonen frå store mengder usynleg materie held dei i hop. Synleg materie utgjer faktisk berre 4 prosent av all materien i universet. 23 prosent er mørk materie. Og dei resterande 73 prosenta er såkalla mørk energi, som er enno meir obskurt, men som vi trur er ansvarleg for at universet utvidar seg med aukande fart, seier Lipniacka. Så kva er den mørke materien? Vi kan ikkje sjå den, den gjev ingen friksjon, kastar ikkje skugge, vekselverkar ikkje med lys eller med synleg materie. Ingen har så langt observert han. Ulike løysingar har vore lansert, som at den ekstra massen i universet kan vere store, svarte hol. Men i så fall ville vi ha sett at lys frå fjerne stjerner vart avbøygd av tyngdekrafta frå desse svarte hola, og ein har ikkje funne mange nok slike fenomen til at det kan forklare all den usynlege massen. 8 HUBRO 1/2005

9 Nye horisontar i fysikken TemA Tilbake til det store smellet Vi veit at mørk materie må bestå av tunge partiklar som nesten ikkje reagerer med noko. Elles ville vi allereie ha observert dei eksperimentelt. Poenget med partikkelakseleratorar er at dersom vi greier å reprodusere den energien som fanst rett etter det store smellet, så bør vi få produsert dei partiklane som fanst den gongen, fortel Lipniacka. Men om ingen veit kva mørk materie er, og det ikkje set spor etter seg nokon stad, korleis skal ein då klare å påvise det med ATLAS? Den nye CERN-akseleratoren vil oppnå høgare energiar enn i noko tidlegare eksperiment. I ATLASdetektoren vil høgenergetiske protonstrålar kollidere med kvarandre, og rørsla og energien til dei partiklane som blir produserte i kollisjonen, vil bli målt. Utifrå desse opplysingane kan ein kjenne att ulike partiklar. Ser etter manglande energi Du veit kor mykje energi protona har før kollisjonen. Etter kollisjonen skal du ha like mykje. I ATLAS-detektoren skal ingen partiklar sleppe unna utan å bli målt, seier professor Egil Lillestøl. Mørk materie vil ikkje sette direkte spor i detektoren. Men dersom du etter kollisjonen finn at noko energi har forsvunne i ei bestemt retning, kan du rekne ut massen til det objektet som manglar. Dersom det nesten ikkje har masse, er det sannsynlegvis eit nøytrino, og det er trivielt. Er det ein tung partikkel, må det vere mørk materie. Men det krev som sagt at detektoren er hundre prosent effektiv. Å konstruere ein slik detektor er ein vitskap i seg sjølv, seier han. Partikkelfysikarar vonar at dersom ein finn ut kva den mørke materien er, vil vi kunne gå utover Standardmodellen i fysikken, og dermed kome nærare ein teori som sameinar alle kreftene i naturen. TEKST: Kjerstin Gjengedal FOTO: Scanpix/Reuters HUBRO 1/2005 9

10 TemA Nye horisontar i fysikken Før fysikarane kan analysere resultata frå partikkelkollisjonane ved CERN, må ein få partiklane til å kollidere. Det krev 1800 magnetar og verdas største helium-kjølesystem. Kunsten å kollidere Protonstrålane i LHC blir haldne i bane ved hjelp av magnetar. Lange dipol-magnetar bøyer protonstrålen, og kvadropol-magnetar fokuserer han med jamne mellomrom, fortel kryogenikkingeniør Henning Gruehagen. Han har bakgrunn frå kjøleteknikkmiljøet ved NTNU og Sintef i Trondheim. No arbeider han med kjølesystemet som skal kjøle den store LHC-akseleratoren. Vi står utanfor den store hallen der magnetane blir testa. I solskinet ligg dei ferdige magnetane på rekkje og rad. Dei blir produserte av industrien og leverte til CERN etter kvart som dei blir ferdige. Kjempetermos Straum blir send gjennom magnetane for å oppnå det magnetfeltet som trengst. For å få høg nok yting, må magnetane vere superleiande. Då må dei kjølast ned, og til det blir det brukt flytande helium. Temperaturen skal ligge på 1,8 Kelvin, eller minus 271 grader Celcius. Det er som ein termos: To lag, med vakuum imellom. Det blir om lag tre hundre graders temperaturskilnad mellom dei to laga, fortel Gruehagen. Når vi får magnetane, må vi teste dei. Først sjekkar vi at dimensjonane er slik dei skal vere. Så pumpar vi vakuum i dei, kjøler dei ned og set straum på superleiaren. Deretter måler vi magnetfeltet. Kvar einaste magnet må testast, for her må vi ha full kontroll. Magnetfeltet kan vere avhengig av til dømes små variasjonar i stålet. Ein er nøydd til å kjenne styrken og retninga på magnetfeltet i kvart einaste punkt i akseleratoren, og å kunne korrigere for variasjonar. Elles greier ein ikkje å styre protonstrålen, forklarer han. Vil ikkje misse partikkelstrålen Dersom ein av magnetane ikkje fungerer skikkeleg, fungerer ikkje akseleratoren, og det skal helst ikkje skje. Når magnetane først er monterte i tunnelen, er det vanskeleg å ta ut ein for å fikse han. Så vi må vite at dei er i orden før vi set dei inn. Du har ikkje så lyst til å plutseleg misse protonstrålen. Han har kinetisk energi som eit hurtigtog, og misser du han inn i ein detektor, kan du vinke farvel til det eksperimentet, konstaterer Gruehagen. Men slikt vil jo ikkje skje plutseleg, ein vil få signal om at noko er gale. Nokre stader kan ein sende strålen kontrollert inn i fjellveggen, om ein må magnetar må til for å få LHC operativ. Ved full aktivitet testar dei om lag 15 magnetar i veka. I tillegg til magnetane, trengst det eit enormt kjølesystem som skal forsyne LHC med flytande helium. Det er delar av dette systemet Gruehagen har ansvar for. Trongt om plassen Kjølesystemet fungerer på same måten som eit gigantisk kjøleskåp: Først komprimerer vi heliumgassen, og kjølar han ned til romtemperatur. Så let vi han ekspandere slik at han misser energi og blir kaldare. Til det må vi bruke turbinar. Ved 4,5 Kelvin blir gassen flytande, og vi sender han ned under bakken til magnetane. Seinare blir gassen frakta tilbake til kompressorstasjonane i vakuumisolerte rør, og rekomprimert. Når vi er operative og magnetane er kalde, treng vi 100 tonn flytande helium. Ein gong i året blir maskinen varma opp, og då har vi ikkje plass til å lagre alt heliumet her, i romtemperatur. Difor må vi lagre ein del på marknaden: Vi sel det, og kjøper det tilbake etter kvart. Det er snakk om 27 kilometer med magnetar som skal kjølast, berre avbrotne av dei fire kollisjonspunkta i tunnelen. Sidan LHC blir bygd i den same tunnelen som den førre akseleratoren sto i, blir det trongt om plassen. TEKST OG FOTO: Kjerstin Gjengedal Til venstre: Utanfor testhallen ligg magnetane og ventar på å bli monterte i tunnelen hundre meter under bakkenivå. Protonstrålane blir haldne i bane ved hjelp av magnetar, fortel kryogenikkingeniør Henning Gruehagen. Han arbeider med systemet som skal kjøle magnetane ned til minus 271 grader Celcius. 10 HUBRO 1/2005

11 Nye horisontar i fysikken TemA Magnetiske fotspor på himmelen Nordlyset er det synlige resultatet av samspillet mellom jorden og solen. Blant annet kan nordlyset fortelle hvordan solen vrir på jordens magnetfelt. Nordlyset kan gi informasjon om flere fenomener som er vanskelige å observere i seg selv. Magnetfeltet rundt jorden magnetosfæren er et slikt fenomen, men da må man kunne studere nordlyset ved begge polene samtidig, og det er ikke enkelt. Forskjøvet nordlysoval Helst ville vi hatt to satellitter med kameraer som hele tiden kunne se ned på hver sin pol, forteller førsteamanuensis Nikolai Østgaard ved romfysikkseksjonen på Institutt for fysikk og teknologi. Det har man ikke. Men i 2001 og 2002 bød det seg muligheter likevel, da banene til de to satellittene Polar og IMAGE til visse tider gjorde det mulig å observere begge polområdene samtidig. Romforskningen er avhengig av satellitter for å gjøre skikkelige målinger. Romfysikk er et ungt fagfelt, og vi vet fortsatt så lite om forholdene i det nære verdensrommet at nesten all ny kunnskap er grunnleggende kunnskap. I vår studie har vi blant annet sett på data fra et nordlysutbrudd den 13. september Da finner vi en forskjøvet nordlysoval, der nordlyset på den nordlige og sørlige halvkule har omtrent samme formasjon, men er vridd i forhold til hverandre, forteller Østgaard. Nordlyset oppstår når ladde partikler fanges i magnetfeltet rundt jorden og bombarderer den øvre atmosfæren. Her bremses de opp, og energien omformes til lys, som vi kan se som nord- og sørlys i to store ovaler rundt de magnetiske polene. Før de bremses i atmosfæren, er partiklene «bundet» til en magnetisk feltlinje, og spinner rundt denne feltlinjen, frem og tilbake fra sør til nord. Tenker vi på jorden som en magnetisk dipol, slik vi ofte gjør, skulle man derfor tro at når vi har nordlys på den nordlige halvkulen, vil det samtidig være sørlys på motsatt side av jorden, og at nordlyset og sørlyset vil se likt ut og være plassert på samme sted på de to halvkulene. Tidlige studier tydet også på at det er slik, men i praksis har det vært ganske vanskelig å undersøke dette. Det finnes få observasjonsstasjoner på den sørlige halvkulen, og man er avhengig av klar himmel og mørke for at nordlyset skal kunne observeres fra bakken. Dessuten er synsfeltet fra et observasjonspunkt på bakken for lite til at man får med seg hele utstrekningen til nordlyset. Solens magnetfelt påvirker jordens Dataene fra september 2001 viser tydelig at jordens magnetfelt ikke er symmetrisk. I dette tilfellet er sørlyset forskjøvet mot morgensiden i forhold til nordlyset, og forskyvningen tilsvarer så mye som halvannen tidssone. Forklaringen ligger i solens magnetfelt. Dette magnetfeltet sendes ut i verdensrommet ved hjelp av solvinden, en strøm av ladde partikler som kontinuerlig slynges ut fra solen. Jordens magnetfelt beskytter oss mot mesteparten av solvinden, men i et lite område kan de to magnetfeltene koples sammen. Det er i slike situasjoner at ladde partikler ledes inn i jordens nære omgivelser, hvor de kan generere nord- og sørlys. Solens magnetfelt kan altså trenge igjennom og påvirke jordens magnetfelt, og vri det slik at endepunktene på feltlinjene blir asymmetriske. Analysene våre viser at forskyvningen i nordlyset kan forutsies ganske godt av vinkelen på magnetfeltet fra solen, sier Østgaard. Nord- og sørlyset er altså fotavtrykkene til de magnetiske feltlinjene som forbinder den nordlige og sørlige halvkulen. Asymmetrien mellom dem er det synlige resultatet av vridningen i magnetfeltet. Det finnes grove modeller for hvordan magnetosfæren oppfører seg under gitte omstendigheter. Østgaard og kollegene hans har sammenlignet en del observasjoner med modellene og funnet at modellene støttes av observasjoner, men at forskyvningene er langt større enn modellene forutsier. Det er altså flere faktorer som styrer forskjellene i nord- og sørlyset, og mye av dette vil forskere nå arbeide med å finne ut av. TEKST: Kjerstin Gjengedal FOTO: Samfoto IMAGE: Resultatene publisert av Østgaard og hans kolleger, er en av mange nye oppdagelser som er gjort av IMAGE-satellitten. Du kan finne mer informasjon om disse oppdagelsene på: image.gsfc.nasa.gov/poetry/imagedisc.html Romfysikk: Romfysikken ser på prosesser i det nære verdensrommet, spesielt vekselvirkninger mellom solen og jorden. Seksjon for romfysikk ved Institutt for fysikk og teknologi deltar blant annet i flere satellitteksperimenter, og har også utviklet detektorer som brukes i satellitter. Seksjonen samarbeider både med andre norske og nordiske grupper, og med internasjonale romfartsorganisasjoner. HUBRO 1/

12 TemA Nye horisontar i fysikken Vi har lett for å glemme at fysikk har spilt en viktig rolle i skapelsen av det menneskelige verdensbildet. Katarina Pajchel er en av dem som til daglig forholder seg til fysikkens åndelige dimensjon. Hun er fysiker og nonne. Fysikkens åndelige søster Fysikk må ikke være forbeholdt teknokrater, det er også et kulturfag. Jeg tror det er viktig å fokusere på den betydning fysikken har hatt på kultur og på menneskets forståelse av hvordan naturen og verden henger sammen, sier Katarina Pajchel. Hun snakker lavt og poengtert. Om store og små ting om universet og om kvarker, og om sammenhenger. Pajchel er stipendiat ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo, hvor hun har spesialisert seg på eksperimentell partikkelfysikk, en forskningsgrein som forenklet sett tar sikte på å finne ut av universets materie dets fysiske bestanddeler. Hva skjer når protoner kolliderer i høyere hastighet? Hvordan blir energi til masse? Hvordan er universet bygd opp? Pajchel og de andre partikkelfysikerne på instituttet er nå i gang med oppkjøringen til nye eksperimenter forsøk som kan rokke ved en del vedtatte forestillinger. De er med på CERN-eksperimentet LHC (Large Hadron Collider), og har store forventninger til det. Grunnleggende spørsmål har meldt seg i takt med at partikkelfysikken har utviklet seg, og man har gått til høyere og høyere energier. Det er mange teorier som står i kø for å bli testet, og uansett om de blir bekreftet eller ikke, vil dette gi veldig interessante utslag. Vi sitter med en del løse tråder. I forsøkene hvor vi skal kollidere proton mot proton, er det med langt større hastighet enn vi har brukt tidligere. Jo større energi vi bruker, jo mer kan vi vite om ting som har skjedd i universet langt tilbake i tid. Hvordan og hvorfor Ved siden av å forske på universets oppbygning og opprinnelse, er Pajchel nonne i dominikanerordenen. Det kan virke som en selvmotsigelse, eller i beste fall en svært lite kompatibel løsning. Likefullt, Pajchel sverger til begge deler, og hun mener at det er en god kombinasjon. Fysikken spør hvordan verden ble skapt, mens religion søker meningen bak den, sier hun og fortsetter: Det at jeg har valgt å være nonne betyr bare at jeg lever min tro på en bestemt måte, og har valgt en livsform som er preget av og basert på den. Jeg vil si generelt at det å være et troende 12 HUBRO 1/2005

13 Nye horisontar i fysikken TemA menneske og det å være fysiker går veldig bra. Om du spør om religion og naturvitenskap er kompatibelt, så er svaret ja. Jeg tror også at de er komplementære. Med det mener jeg at religion og naturvitenskap beskjeftiger seg med forskjellige spørsmål, men at det finnes møtepunkter. Vi nærmer oss lignende problemstillinger, men fra forskjellige vinkler. Teologi er også vitenskap, men på andre premisser. Samtidig som det er viktig å se at teologiens metode er forskjellig fra fysikkens, må vi erkjenne at skapelsesteologi ikke er naturvitenskap, og at naturvitenskap ikke er religion. Man må ikke blande kortene. Den sekulariserte naturen På hvilken måte er din forskning farget av din religiøse overbevisning? Mine vitenskapelige resultater er selvfølgelig ikke farget av at jeg er religiøs. Forskningen må foregå på sine egne premisser. Men min oppfatning av det jeg finner, kan være farget av en undring som bunner i noe religiøst. Den kunnskapen vi har i dag, går veldig dypt, og viser at naturen er forbløffende sammensatt og ordnet. Derfor kan det være interessant å spørre om den peker utover seg selv. For et troende menneske kan det melde seg en refleksjon rundt dette. Kristendommen med sine jødiske røtter og naturvitenskap har hatt en lang felles historie. Allerede i Det gamle testamentet møter vi «den sekulariserte naturen». Mens andre religioner snakket om at naturen var guddommelig, holdt jødedommen på at det bare finnes én Gud og han er hinsides vår verden. Slike forestillinger var seinere med på å danne grunnlaget for en rasjonell tenkning rundt naturen. Én virkelighet Den kunnskapen du sitter inne med, er den noe du tar med deg når du praktiserer din tilværelse som nonne? Jeg har veldig tro på at det bare er én virkelighet og én verden, og at vi kan tilnærme oss den på måter som er komplementære og kompatible. Jeg er den samme personen her på Blindern som hjemme i klosteret. Det er ikke slik at jeg må skru av fornuften eller hodet i det øyeblikket jeg ønsker å være religiøs. Man søker jo også kunnskap og forståelse i religionen. Det å vise at det bare er én virkelighet og én verden er viktig. Det har vært så mye fokus på at religion og vitenskap står i et konfliktforhold, at vi glemmer at det faktisk er i Europas religiøse og ikke minst kristne røtter vi finner grunnlaget for naturvitenskapenes utvikling, sier Pajchel og nøster videre opp i hvorfor det kan oppstå konflikter mellom religiøse og naturvitere. Det som ofte skjer, er en splitting: enten blir man veldig materialistisk, eller veldig religiøs. Noen religiøse grupper misbruker også begreper fra naturvitenskapene. De mer nyreligiøse new age-aktige gruppene blander forestillinger Jeg håper at markeringen av fysikkens verdensår kan vise at naturvitenskap ikke bare dreier seg om teknologiske spørsmål eller helt fjerne teoretiske problemstillinger. om kosmiske energier og lignende, og skaper masse føleri. Jeg tror at mange av disse svevende tendensene må trekkes ned til jorden. På den annen side vet mange vitenskapsfolk ikke hva religion dreier seg om. Man trenger kanskje en gjensidig korreksjon. Hvis vi ubetenksomt blander naturvitenskapelige og religiøse begreper, kan vi få en salig suppe som serveres som en slags mystikk. På den annen side kan det også tippe over i fundamentalisme. Undring er sentralt Pajchel mener at formidling er et viktig stikkord, både for å unngå misforståelser og for å gjøre fysikk til et mer attraktivt fag. Vi driver primært med grunnforskning, men jeg ser jo at en del av det vi utvikler underveis får viktige anvendelser. Formidling og undervisning er sentralt. Å formidle ren kunnskap er viktig, men også formidlingen av en undring rundt det vi forsker på. Jeg håper at markeringen av fysikkens år kan vise at naturvitenskap ikke bare dreier seg om teknologiske spørsmål eller helt fjerne, teoretiske problemstillinger. Det dreier seg veldig mye om undring rundt naturen og menneskets plass i den. Hvem er vel jeg midt oppi det hele? Jeg tror det er viktig å få frem at fysikk ikke bare er et tørt fag, men at det faktisk leder frem til svært interessante filosofiske spørsmål. Jeg tror at mange anser naturvitenskap og fysikk som materielle fag. Det er kanskje grunnen til at mange ikke ønsker å studere disse spørsmålene også. Det er viktig å vise at matematikk og fysikk har hatt en veldig viktig rolle i filosofien og i utviklingen av den kulturen vi har i dag. Fysikk har vært en av aktørene rundt refleksjonen i de humanistiske fagene. Vi feirer jo 100-årsjubileum for teorier som brøt med mange forestillinger, ikke bare i fysikken. Relativitetsteorien rokket også ved mange andre forestillinger knyttet til humanvitenskapene, sier Pajchel og avslutter: Et annet begrep som har vært litt uglesett i enkelte vitenskapelige sammenhenger, er sannhetsbegrepet. I utgangspunktet var det nettopp troen på at det finnes en sannhet som gav støtet til å sette i gang vitenskapelige prosjekter. Likevel har jeg inntrykk av at det har vært litt suspekt å si at man søker et sant svar i forskningen. Overbevisningen om at det finnes en sannhet, og at det går an å finne en forståelse og sammenheng og ikke bare plukke i stykker og dekomponere, det tror jeg er viktig å få frem. TEKST: Sindre Holme FOTO: Marius E. Hauge HUBRO 1/

14 TemA Nye horisontar i fysikken Hudens optikk er nøkkelen til utviklingen av et nytt redskap for å avsløre hudkreft. Ny teknikk for kreft-avsløring En helt ny metode hvor lys blir sendt inn for å «sladre» om hudens tilstand, kan bli et viktig gjennombrudd for kreftdiagnostisering. Metoden går ut på at lys blir reflektert, spredt og absorbert, og informasjon om huden blir trukket ut. Diagnose uten hudprøver En prototyp er allerede tatt i bruk ved Radiumhospitalet og Hudklinikken i Ski. Den er utviklet gjennom et samarbeid mellom Institutt for fysikk og teknologi ved UiB og Radiumhospitalet. Prototypen brukes ikke for å stille diagnoser; de kliniske testene brukes til å bygge opp et referansemateriale som senere skal brukes til diagnosestilling. Den kliniske prototypen tar opp data fra pasienter med syk og frisk hud. Samtidig blir biopsier fra de samme pasientene undersøkt ved mikroskopering. Slik kan man koble dataene tatt opp med den kliniske prototypen med hudens faktiske tilstand. Etter hvert er det håp om å ha nok data og erfaring til å kunne stille diagnose uten å sende inn hudprøver til mikroskopering. Normalt, om det er mistanke om at du har en ondartet føflekk et malignt melanom vil legen ta en biopsi og sende til mikroskopering. Fra prøven blir sendt og til et svar fra patologen foreligger, tar det vanligvis noen uker, og det kreves altså et lite inngrep. Prosessen er også relativt arbeidskrevende, siden farging av vev, prøvemontering og administrasjon kommer i tillegg til selve mikroskoperingen. Mange hudprøver, om lag 80 prosent av biopsiene som blir sendt inn, inneholder ikke maligne melanomer. Det er med andre ord mye å hente om det kan lages en diagnoseteknikk som reduserer antall biopsier. For pasientene betyr det raskere svar på om de har hudkreft, og at de ofte kan unngå inngrepet som kreves for å stille diagnose i dag. For sykehusets patologer betyr det færre hudprøver å behandle, og dermed en frigjøring av ressurser. Nyttig for primærhelsetjenesten UiB-professor Jakob Stamnes er leder for prosjektet. Professor Johan Moan representerer Radiumhospitalet i dette tverrfaglige arbeidet, hvor også professor Knut Stamnes fra Stevens Institute of Technology i USA spiller en sentral rolle når det gjelder idé og teoretisk grunnlag. Post-Doc Kristian Pagh Nielsen og stipendiat Lu Zhao, begge fra Institutt for fysikk og teknologi, har jobbet med utviklingen av instrumentene og det I stedet for å analysere hudprøver, kan man i fremtiden stille hudkreftdiagnoser ved hjelp av optiske målinger. På bildet benytter Lu Zhao den kliniske prototypen for dataopptak. 14 HUBRO 1/2005

15 Nye horisontar i fysikken TemA nødvendige teoretiske rammeverket for diagnosemetoden. Samarbeidet mellom Institutt for fysikk og teknologi og Radiumhospitalet begynte da Moan ble kontaktet av Stamnes og vist laboratorie-prototypen for instrumentet. Moan hadde en ny måte å se på hvordan hudens pigmenter påvirket dens lysegenskaper. Han kom også med forslag om hvordan man kunne gå videre med prosjektet, og det første eksperimentet ble foretatt i februar I dag er patent på instrumentet tatt ut, og det er etablert kontakt med SINTEF for å undersøke mulighetene for å gjøre instrumentkomponentene billigere og mer kompakte. Siden det tas sikte på at apparatet skal ha nytte i primærhelsetjenesten, må det være lite og forholdsvis billig. Hudens optikk Forståelsen av hvordan lys vekselvirker med hud er avgjørende for denne diagnostiske teknikken. Med andre ord kreves det en god modell for hudens optiske egenskaper. Huden kan deles inn i lag; leger kaller disse lagene fra ytterst til innerst epidermis, dermis og hypodermis. Disse lagene har forskjellige lysspredningsegenskaper. Når lys sendes inn ved forskjellige bølgelengder, vil lyset ved hver bølgelengde bli absorbert, spredt og reflektert på forskjellige måter avhengig av om det treffer pigmentkorn, fett, proteinfiber, blod eller andre hudkomponenter. Det menneskelige øye ser bare tre farger, mens elektronikken kan skille mellom tusenvis, forteller Kristian Pagh Nielsen. Elektronikken kan også registrere bølgelengder som ligger utenfor hva det menneskelige øyet kan oppfatte. Lys med bølgelengde kortere enn 400 nanometer og lengre enn 700 nanometer, blir henholdsvis kalt ultrafiolett og infrarødt lys. I denne sammenheng er spesielt det ultrafiolette og det synlige lyset viktig, siden huden er relativt gjennomsiktig for infrarødt lys. De lange bølgelengdene har en tendens til gå gjennom huden uten å bli absorbert. En kan observere dette fenomenet selv ved å holde hånden sin over en lommelykt. Det lyset som slippes igjennom er rødlig, noe som tilsvarer bølgelengder opp mot 700 nanometer. Samler data om huden Men en lommelykt og synsing er ikke nok for diagnostisk bruk. For å få klinisk verdifull informasjon ut av hudens optiske egenskaper, må Nielsen og medarbeiderne hans løse følgende problem: Anta at man kjenner egenskapene til lyset som sendes inn på huden, og egenskapene til det lyset som reflekteres tilbake. Hva kan man så si om hudens egenskaper? Strategien for å svare på dette spørsmålet er å snu på problemet, eller som fysikerne kaller det, finne en invers algoritme. Gitt lyset man sender inn og hudens tilstand, kan man regne seg frem til hvordan lyset som reflekteres er sammensatt og hvor intenst det er. Med en optisk modell for hudens egenskaper kan man endre på modellens egenskaper, helt til det som blir reflektert ifølge modellen tilsvarer det som faktisk blir målt. Vi er allerede kommet langt med å få implementert en invers algoritme. Således kan vi for eksempel bestemme hudens pigmentinnhold og den absolutte brøkdel av oksygenert blod i forhold til deoksygenert blod og to-tre andre parameter ut fra spektrale målinger. Dessverre kan vi ennå bare gjøre dette for hud med gjennomsnittlige spredningsegenskaper, sier Nielsen. Problemet er at flere forskjellige hudegenskaper kan gi like, eller nesten like resultater. Sjansen for å treffe på slike problemer blir derimot mindre med den nye prototypen, siden den gir muligheter for å ta opp data fra huden med forskjellige vinkler mellom innsendt lys og dataopptak. Dette gir grunnlag for å trekke ut mer informasjon, og vi er nå i gang med å tolke disse kliniske dataene, forteller Nielsen. TEKST: Øyvind Halskau jr. FOTO: Kristian Pagh Nielsen Huden og havet Forskningen på hudens optiske egenskaper er bare en del av et bredere, tverrfaglig samarbeid. Faktisk har mye nyttig kunnskap og erfaring kommet fra et prosjekt som går ut på å satellittovervåke blant annet algeforekomsten i havet. Det samme prinsippet brukes: Lys fra solen blir reflektert og spredd, og en satellitt registrerer dataene. Avstandene involvert er større, men problemet er i bunn og grunn det samme. Vi har gode modellverktøy for havet, og disse er vi nå i ferd med å tilpasse til hud, forteller Øyvind Frette, førsteamanuensis ved Institutt for fysikk og teknologi. Han er nylig blitt involvert i det klinisk relaterte prosjektet. Forsker Børge Hamre, som også jobber med havets egenskaper, ser mange likheter mellom havet og huden. Disse likhetene må man nok være flink i optikk for å verdsette fullt ut, men det kan være noe å tenke på når badesesongen starter. For tiden undersøker Hamre blant annet om det er mulig å skille mellom giftige og ufarlige algearter ved hjelp av satelittovervåking. Vi har hatt et tett samarbeid med Institutt for biologi i prosjektet, forteller Frette, og påpeker at de alle er assosierte biologer fysikere som fokuserer på biologi. HUBRO 1/

16 Cellegift gir betre verknad om den blir gitt til visse tider på døgeret. Dette har forskarane funne ut ved hjelp av tøffe forsøkskaninar. Modige menn ofrar stamceller Ja, då får vi håpe brystkassa held i dag også, seier overlege og forskar Rune Småland galgenhumoristisk. Han trykker seg fram til brystbeinet til mannen som ligg på benken i eit rom utan vindauge på Avdeling for kreftbehandling og medisinsk fysikk. Mannen, som ikkje vil ha namnet sitt på trykk, er overlege på Haukeland Universitetssjukehus og ikkje van med å vere pasient. No skal dei ta ut beinmarg frå brystbeinet hans for å forske på dei innebygde klokkene i stamceller. Om du held deg i øvre del av beinet kjem du ikkje i nærleiken av hjartet, forklarar Småland og finn det rette punktet øvst på brystbeinet. Er det farleg å ta ut beinmarg på denne måten? Nei, dette er rutine, seier Rune Småland og gjer seg klar til å stikke med noko som ser ut som ei monstersprøyte. Vi bemerkar at nåla ser tjukk og skummel ut. Nei, denne nåla er jo tynn. Du skal sjå den vi brukar på solide vevsprøvar. I marghulrommet Først har overlegen på benken fått lokalbedøving i området der nåla skal inn. Ei tjukk, lang nål blir no ført inn i brystbeinet. Legen har tatt ut stamceller frå kroppen 25 gonger. No ligg han på benken, smerteleg klar over ubehaget som ventar. Førebels er det ikkje så ille. Stikket er som kva nålestikk som helst, seier han kjekt. Så byrjar Småland å bore seg nedover i det som kallast marghulrommet. Legen på benken knip leppene saman. Vi bedøver huda og beinhinna, men vi kan ikkje bedøve marghulrommet, opplyser Rune Småland i det han dreg ut nåla fylt med blod og stamceller frå den tapre kollegaen. Suget når dei trekker ut nåla gjev ei veldig ubehageleg kjensle. I det du dreg ut får du eit ubehageleg undertrykk, seier Småland. Prøvekaninen på benken smiler bleikt. Letta over at første stikk er unnagjort. Optimal kreftbehandling Det byrja i Ei lita gruppe forskarar og legar byrja å ta ut stamceller på kvarandre. Dei ville finne ut om celledeling skjer raskare eller saktare på ulike tider av døgeret. Teorien var at dette kan ha betydning for giftverknaden til cellegift, fordi cellegifta verkar best når celledelinga 16 HUBRO 1/2005

17 er på sitt høgste. Og ved å gje cellegift på dette tidspunktet kan ein også redusere biverknadane hjå pasienten slik at ein kan halde ein så høg dose som mogleg under heile behandlinga. Beinmargen blir nemleg trøytta ut etter gjentekne kurar med cellegift, slik at immunforsvaret blir redusert. Rune Småland forklarar: Det har vore eit problem at vi ofte må redusere dosane utover i behandlinga fordi beinmargen toler mindre og mindre. Ved å gje cellegift på det optimale tidspunktet i behandlinga kan vi vedvarande halde dosen vi begynte med. Cellene kviler om natta 50 friviljuge har så langt lete stamcellene sine undersøke i det aktuelle prosjektet og tidlegare prosjekt. Forskarane fann det dei var på jakt etter, nemleg at det var ein døgnavhengig skilnad i celledelingshastigheten. Cellene er mest aktive om dagen og minst om natta. Det gjeld å finne eit vindauge i tid der tilhøva for behandling er mest mogleg optimale, seier Rune Småland. Forsking på celledelingshastigheten i stamceller har synt at dei fleste pasientar kan være mest mottakelege for behandling om kvelden og natta. Ved Haukeland Universitetssjukehus har dei styrt behandlinga etter resultata på desse friske friviljuge, og driv såkalla kronomodulert behandling. Det tyder at dei nyttar ei spesialpumpe der inntaket av cellegift varierer etter tida på døgnet. 40 senter i Europa og Canada er involvert i kronomodulering, og i følge Rune Småland er det grunn til å tru at kronomudulert behandling fører til auka overleving for pasientane. Kroppsrytmane våre har inntil dei seinaste åra blitt ignorert i det medisinske samfunnet. Truleg er dette eit felt vi berre har sett byrjinga på, seier Småland. Tilgjengeleg kvar 4. time Dei som stiller kroppen sin til disposisjon for uttak av stamceller må vera på sjukehuset eit heilt døger. Dei får ikkje gå ut, bli anstrengt eller opphissa, og må legge seg tidleg om kvelden, for så å bli vekte og plaga med nåla kvar fjerde time. Då blir dei stukke, og stamceller blir trekt ut, vekselvis frå brystbeinet eller hoftekammen. Når du kjem tilbake med nåla på samme staden er det veldig vondt og ubehageleg, seier legen som no ligg og kviler på benken. Kun menn er så langt med på eksperimentet. Dei som har delteke har vore kollegaer og studentar. Berre menn er blitt spurte, fordi vi er urolege for at menstruasjonssyklusen skulle verke forstyrrande med kvinnelige forsøksobjekt, seier Småland, som smilande legg til at fleire av mennene i forsøka er blitt oppfordra til det av konene sine eller kollegaer. Første gongen bestakk han meg, andre gongen var det rein idealisme, spøker den modige, men litt bleike forsøkskaninen på benken, og fortset meir alvorleg: Om dette kan vere med å betre kreftbehandling og auke overlevingsprosenten, er det verkeleg verdt det. Som eit friskt menneske er det ei glede å hjelpe. Pasientane stiller nesten alltid opp. Det skulle berre skulle mangle om ikkje vi legar også gjorde det på eit så grunnleggande og viktig prosjekt, seier legen som no vil fortsette sine daglege aktivitetar i nokre timar før han skal stikkast i hoftekammen. TEKST: Hilde K. Kvalvaag FOTO: Paul Sigve Amundsen Livet i ei celle: Kvar celle hjå eit menneske inneheld om lag gen. Desse gena kodar for proteinmolekyl og kan lage nærare 1 million ulike genprodukt, med ulike kjemiske stoff. Cellene kan samanliknast med ein fabrikkhall, der kjerna er administrasjonssenteret i fabrikkhallen. DNA, summen av gener, er koden for det som skal produserast i cella. Inne i cellene blir det så, ved hjelp av 28 ulike aminosyrer, produsert protein. Dette blir til eit nøste som er klart til bruk i form av byggesteinar i cella sjølv, eller til eksport. Cella produserer også protein som vandrar inn til kjerna og stimulerer eller bremser aktivitet på ulike tider på døgeret. Kronobiologi: Kronobiologi er læra om korleis funksjonane i kroppen skjer i samband med tidsregulering. Internasjonalt er det stor interesse når det gjeld å angripe kreftceller meir effektivt ved kontroll av cellesyklus. Lengst framme på kronobiologi og kronoterapi (kronomodulert behandling) av kreft er dei ved Paul Brousse sjukehuset i Paris, der ein mellom anna ser på vekst av svulstar hjå rytmeforstyrra mus. Mange forskarar rundt omkring i verda leitar etter brytarar i celler, men så langt er det i hovudsak ved UiB og Haukeland Universitetssjukehus at det vert forska på klokkegen i stamcellene frå beinmargen. Ei nål som ville få dei fleste til å springe. Det må til for å komme inn i marghulrommet. Au! Legen trekker ut stamceller frå brystbeinet. HUBRO 1/

18 18 HUBRO 1/2005

19 Forskarane vil no bruke stamcellene for å lære meir om rytmen i kroppens celler. Det overordna målet er framleis betre kreftbehandling. V i l l u r e k l o k k e g e n e t Stamcelleforskinga ved Haukeland Universitetssjukehus og Universitetet i Bergen begynte som anvendt forsking der målet var å betre kreftbehandling på kort sikt. No er forskinga kome inn i ein ny fase der fokus er meir retta mot grunnforsking. Det forskarane ønskjer å finne ut, er korleis ein kan kontrollere cellesyklusen. Meir konkret skal ein nytte stamceller frå beinmargen til å studere klokkegen. Kva er klokka? Alle menneske og dyr har ei overordna klokke som styrer kroppens rytmar. Denne hovudklokka sit midt inne i hjernen i eit område som vert kalla hypothalamus, men i alle celler fins det klokkegen. Klokkegen er relevante fordi dei ikkje berre ser ut til å vere sentrale i hypothalamus, men også fins i eigne klokker lokalt i veva. Desse klokkegena har ein brytar som det i teorien skal vere mogleg å slå av eller på. Cellene går i sin syklus forbi fleire kontrollpunkt. Håpet er at om ikkje cellene er i orden, skal ein kunne få til programmert celledød på et gitt tidspunkt ved å manipulere klokkegena, fortel overlege Rune Småland. Cellene har behov for tidskontrollering og derfor er det eigne gen som regulererer tida. Desse er det berre åtte-ti av, sjølv om fleirtalet av gen har med regulering å gjere. Faktisk er det er eit enormt kontrollapparat på DNA-strengen i cella, fortel leiar for klokkegenprosjektet, Ole Didrik Lærum. Genene kan få beskjed om «kva klokka er» på tre ulike måtar, i følgje Lærum. For det første kan det skje ved at cella svingar. For det andre kan det skje via nerveimpulsar frå hjernen, og for det tredje «rettar» dagslyset klokkene kvar dag gjennom augo som sender nerveimpulsar inn til hjernen. Dette svingar med døgeret og med året. Lyset regulerer om du er våken eller skal sove. Lysbiologi er eit parallelt felt til tidsbiologi. Vekslinga i lyset regulerer tida både i cellene og i heile kroppen. Ei celle er dels ein uavhengig fabrikk med eigne klokker og eigen tidsregulering, seier Lærum. På grunn av dette systemet klarar cella å regulere tida ned i sekund, time, minutt og år. Forskarane interesserer seg sterkt for stamceller fordi dei er usedvanleg fruktbare. Avlen av etterkommarar hjå stamceller skjer i form av rytmar som altså delvis er styrt av klokkegen. Vi har vore interessert i å sjå på desse stamcellene og korleis dei er regulerte i tilhøve til tida. Vi går inn på gennivå og ser på dei lokale klokkene i stamceller. Vi har studert korleis klokkegen kodar for klokkeprotein som blir laga i cella og som går inn og regulerer tida i andre gen. Vi vil vite også korleis stamcellene lever eit uavhengig liv. Celler, legg dykk! Så langt har forskarane kartlagt korleis tidsreguleringa hjå stamcellene svingar med døgeret hos menneske. Sjølve prosessen skjer ved at dei to forskarane ved Gades institutt, David Huang og Oleg Tsinkalovsky ved hjelp av ein lasermetode, såkalla væskestrømscytometri, identifiserer og sorterer celler per sekund. Dermed kan ein plukke ut dei cellene som er interessante og kartlegge aktiviteten i genene. Deretter manipulerer forskargruppa genene ved hjelp av cellegift og ulike medikament. Dei prøver mellom anna å få klokkene til å skifte ved hjelp av visse stoff. Desse stoffa hindrar at det blir laga protein, og dermed blir cellene inaktive. Vi vil rett og slett at cellene skal legge seg ned. Vi er interessert i å sjå korleis dette blir regulert og korleis tidsreguleringa blir forstyrra ved kreft. Aktiviteten i stamcellene kan variere sterkt i løpet av døgeret, og denne tilsynelatande spontanvariasjonen må ha ein brytar, seier Ole Didrik Lærum. Det overordna målet for forskarane er å finne ut meir om tidsreguleringa i stamcellene. Det dei finn vil dei bruke til å undersøke korleis stamcellene kan vernast så dei er mindre sårbare når pasienten får cellegift. TEKST: Hilde K. Kvalvaag FOTO: Paul Sigve Amundsen Forsøk over vidt spekter Klokkegenprosjektet er den første tverrfaglege satsinga på stamceller ved UiB. Forskargruppa har fått 4,5 millionar frå Norges Forskningsråd til det treårige prosjektet som er eit samarbeid mellom Institutt for molekylærbiologi, Gades institutt, Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin, og Avdeling for kreftbehandling og medisinsk fysikk, Haukeland Universitetssjukehus. Forsøka vil gå over eit vidt spekter, frå basalbiologi hjå fisk til den kompliserte biologien hjå menneske. Professor Anders Fjose ved Molekylærbiologisk institutt er sentral i den delen av forskinga som ser på styringsgen og gen for vekst og utvikling hjå sebrafisk. I følgje Fjose er dette rein grunnforsking som kan få positive konsekvensar i behandling, mellom anna av leukemi, dersom det blir vellukka Rune Småland er avhengig av menn som tåler smerte for å få forska på stamceller. HUBRO 1/

20 På SIPA i Shanghai blir studentane kursa i teori og metode av forelesarar frå UiB. For når ein kinesisk entreprenør møter ein gründar frå Sunnmøre, går det fort å bygge opp eit nytt studietilbod. Open dør for vestleg teori Til neste år reknar vi med å ha over tusen studentar, fortel Hu Wei. Han har sidan 2000 bygd opp School of International and Public Affairs (SIPA) frå ingenting, til i dag å romme om lag 600 lågaregradsstudentar og over 500 masterstudentar. «Dei norske vekene» For å finne SIPA må vi forsere syklande studentar som susar rundt hjørnene på campus, der ein som fotgjengar er i konstant fare for å bli køyrd ned. Med ikkje-eksisterande kunnskapar i kinesisk er det ikkje lett å finne fram, men eit stort, raudt banner med kinesiske skrifttegn utanfor eit av campusbygga fortel oss at vi er på sporet av noko. Vi skal snart få vite at det som står skrive på skiltet er «Dei norske vekene». Heilt sikre på at vi er komne rett blir vi først når vi ser at professor i samanliknande politikk ved Universitetet i Bergen, Stein Ugelvik Larsen, kjem hastande rundt eit hjørne. Ved sidan av han går professor i politikk, Hu Wei, leiar for SIPA ved Shanghai Jiao Tong Universitetet, i friskt tempo. Her, som ellers i Kina, går det fort i svingane. Vil bli vogge for kinesiske statsmenn Stein Ugelvik Larsen er ein ekte sunnmørsk entreprenør, og tok utfordringa på strak arm då han vart spurt om å halde kurs i samfunnsfagleg teori og metode på SIPA. No er han i Kina med kurset i bagasjen, og med på lasset er ulike foredragshaldarar som kjem frå UiB etterkvart som kurset skrid fram. SIPA og Jiao Tong-universitetet legg ikkje skjul på at dei vil vekse seg store og viktige. I reklamebrosjyren for SIPA heiter det at «SIPA har som mål å bygge seg opp som ein kinesisk tenke-tank, ein verdskjend akademisk institusjon, så vel som vogge for kinesiske statsmenn, diplomatar og høgståande byråkratar». Hentar teoriar frå Europa og USA Nett no er Stein Ugelvik Larsen litt stressa, sjølv om det er andre året dei held dette kurset. Det er alltid litt styr før vi kjem i gong, seier professoren om det tre veker lange kurset i teori og metode for studentar i statsvitskap og offentleg administrasjon. Kvart nivå, frå bachelor til doktorgrad, får ei veke kvar med dei vestlege forelesarane. Over ein kopp vestleg kaffi forklarar Stein Ugelvik Larsen og Hu Wei kvifor SIPA nyttar seg av utanlandske forelesarar på metodekurset. Den kinesiske akademiske verda har endra seg kraftig dei siste tjue åra. Trenden har peika kraftig mot internasjonalisering, og mesteparten av teoriane innanfor politikk og sosiologi er henta frå USA og Europa. Ingen vil lenger studere tradisjonelle kinesiske samfunnsfag, som er noko ganske Leiar for School of International and Public Affairs i Shanghai, Hu Wei, nestleiar Zhang Xiao-yi og Stein Ugelvik Larsen frå UiB framfor banneret med teksten «Dei norske vekene». No ønsker dei å utvide samarbeidet mellom Bergen og Shanghai. 20 HUBRO 1/2005