Vår värld lyder under de fyra naturkrafterna elektromagnetism, den svaga och den starka kraften samt gravitationen. De tre första krafterna är fullt möjliga att beskriva med ​​den kvantmekaniska modell som kallas standardmodellen. Men gravitationen är något av ett svart får. 

Förutsäger en ny partikel

Standardmodellen beskriver naturens minsta beståndsdelar, elementarpartiklar som kvarkar och leptoner, och deras inre samband. Modellen är allmänt erkänd och har bekräftats experimentellt. Senast år 2012 då forskare vid CERN-laboratoriet kunde fånga upp en ny elementarpartikel som fick namnet Higgspartikeln. Den hade sedan tidigare förutspåtts teoretiskt med hjälp av standardmodellen.

Men ännu har ingen lyckats nå fram till ett ramverk som kan beskriva den interaktion som sker vid gravitation, och den partikel som kvantmekaniskt ska kunna förklara gravitationen. Först när vi förstår denna interaktion kan standardmodellen helt knytas samman med Einsteins allmänna relativitetsteori. 

– Det skulle göra det möjligt att förstå vad som hände de första millisekunderna efter Big Bang och även vad som pågår kring universums svarta hål, säger Agnese Bissi.

Hon leder en forskargrupp i teoretisk fysik vid Uppsala universitet. Hennes forskarkarriär har tagit henne hit via Köpenhamn, Oxford och Harvard. Här arbetar hon med att utveckla nya metoder som ska användas för att förklara gravitation kvantmekaniskt. 

– I dag har vi inte metoderna för att kunna studera detta. Gravitationen går att beskriva med hjälp av relativitetsteorin men inte med hjälp av kvantteori. Men här kan strängteorin komma till undsättning genom att skapa en länk mellan relativitetsteorin och standardmodellen, säger Agnese Bissi.

Gjort genombrott

Hon har arbetat med att hitta denna länk sedan hon fick anslaget Wallenberg Academy Fellow 2016 och nu tror hon sig ha funnit en farbar väg. 

– Under min första period som Wallenberg Academy Fellow gjorde jag flera viktiga genombrott för att beskriva konform fältteori. Och det finns en dualitet mellan konform fältteori och gravitation.

Dualiteten betyder i detta fall att två teorier är olika sidor av samma mynt. De skiljer sig åt matematiskt men kan båda beskriva samma fysiska fenomen. Mycket förenklat så söker hon nu metoder för att översätta den ena beskrivningen till den andra med hjälp av det som kallas konforma bootstrapmetoder. Dessa används för att studera konforma fältteorier som strängteorin. Särskild användning har hon också av den holografiska principen inom strängteori. Den ger en möjlighet att beskriva en femdimensionell bild med informationen från en fyrdimensionell yta. 

– De flamländska målarna var mästare på att bygga upp tredimensionella bilder med hjälp av skuggor och färger. Vi arbetar på ett motsvarande sätt för att förstå gravitation genom att först beskriva konforma fält och sedan bygga vidare på den bilden, säger hon. 

Redan i dag har hon nått lovande resultat. 

–  Målet är att inom fem år ha nått fram till metoder som kan ta oss vidare mot en kvantmekanisk beskrivning av gravitationen. Men att nå hela vägen fram kan ta årtionden, säger hon. 

”Anslaget Wallenberg Academy Fellow ger mig möjlighet att växa och att stärka min ledarskapsförmåga inom fältet.” 

Omöjliga experiment

Tidigt under karriären fick hon vänja sig vid tanken att hon aldrig skulle få se sitt teoretiska arbete bekräftat genom experiment. Tekniken för att göra de komplicerande beräkningarna som krävs är helt enkelt för avancerad. Men 2019 kom banbrytande observationer från det internationella forskningsprojektet Event Horizon Telescope, EHT. Forskarna bakom EHT hade kombinerat information från åtta olika radioobservatorier till historiens första bild av ett svart hål. 

– Om tio-femton år kommer de att ha samlat in data som mycket väl kan jämföras med våra beräkningar. Att det skulle bli möjligt att jämföra mitt arbete med observationer eller experiment trodde jag inte skulle bli möjligt under min livstid, säger Agnese Bissi. 

Skulle det visa sig att hennes teorier inte går att jämföra med observationerna så behöver det ändå inte betyda att de är felaktiga. Hon liknar det vid att jämföra beräkningar gjorda med arabiska och romerska siffror. 

– De går inte att jämföra eftersom de lyder under olika regler. Men samtidigt så kan logiken bakom beräkningarna stämma överens. Om det visar sig att naturen har hittat andra sätt att beskriva samma sak som jag, så får vi helt backa tillbaka för att hitta nya sätt att formulera oss. Så fungerar den vetenskapliga metoden. 

Agnese Bissi var tillsammans med sin syster de första i familjen som gick vidare till universitetsstudier men redan som barn drömde hon att bli forskare. Under doktorandtiden läste hon ett klotter på vägg som lydde: för att ta ett steg framåt måste du våga förlora balansen för en stund. 

– Och vill du då ta ett stort steg så måste du våga att tappa balansen en lite längre stund. Det stämmer väl in på den forskningen som jag gör. Om vi vill vidga gränserna för vårt vetande så måste det finnas en hel del osäkerhet i det steget, säger Agnese Bissi.  

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström