Magnifice rector, ärade åhörare,

följ med på en resa "från kvark till kvasar på en kvart" - från materiens innersta byggstenar, kvarkarna, till Universums mest avlägsna galaxer, t.ex. kvasarerna med sin enorma energiutstrålning. De korta anhalter vi gör på vägen får illustrera den mångfald av kunskap och forskningsområden som representeras av oss 61 nu installerade professorer inom Teknisk-naturvetenskaplig fakultet. Med breda penseldrag rör vi oss över 45 storleksordningar, dvs en faktor 10⁴⁵, och över miljarder ljusår i ett föredrag på 15 minuter. Då får det bitvis gå så fort att, med Blandarens ord, "när man färdas fortare än ljuset svartnar det för ögonen".

Låt mig börja med det allra minsta vi känner till i Naturen, dvs forskningsfronten mot mikrokosmos som också är mitt eget område. All materias minsta, kända byggstenar är kvarkar och leptoner. Kvarkarna bygger upp protoner och neutroner i atomernas kärnor. Bland leptonerna märks främst elektronen, som i banor kring atomkärnor ger atomer och molekyler dess kemiska egenskaper. Elektronen ligger även till grund för dagens teknologi baserad på elektricitet. Andra leptoner är neutrinerna som växelverkar så svagt att vi inte märker att vi varje sekund genomkorsas av tusen miljarder neutriner. Dessa kommer från processer där fyra protoner slås samman till en heliumkärna i solens inre, vilket ger den energi som möjliggör liv på jorden. För denna och all annan dynamik i Naturen svarar de tre fundamentala krafterna: stark och elektrosvag växelverkan samt gravitation.

Med kvantmekanisk teori beskrivs krafter som ett utbyte av kraftfältens kvanta - alltså partiklar som ger en kraftöverföring på liknande sätt som en boll som bollas mellan två personer. Fotoner, eller "ljuspartiklar", förmedlar på detta sätt elektromagnetisk växelverkan. Den starka kraften mellan kvarkarna beskrivs som ett utbyte av vad som på engelska kallas "gluons", dvs klisterpartiklar på svenska. Dessa utgör ett verkligt superlim som håller kvarkarna så hårt sammanbundna att ingen ännu lyckats skilja dem åt och observera fria kvarkar. Att riktigt förstå detta är ett av våra stora olösta forskningsproblem.

Ett annat är partiklarnas massor? I vår teori får ursprungligen masslösa partiklar massa genom att växelverka med ett påhittat, allestädes närvarande s.k. Higgsfält. Liksom vi saktas ner när vi går i gyttja, går partiklarna långsammare än ljushastigheten i denna Higgs-"gyttja", vilket svarar mot att de har massa. Higgsfältets kvanta är en helt ny sorts elementarpartikel, som dock ännu ej observerats. Eller har den det? Alldeles nyligen har det från experiment på CERN-laboratoriet i Genève kommit indikationer på existensen av denna felande länk i vår förståelse, men mer data krävs för att säkerställa denna upptäckt av Nobelprisklass.

På tal om massa, hur är det med gravitationskraften? Här önskar man förena Einsteins allmänna relativitetsteori med kvantmekaniken. Efter många misslyckade försök finns nu en lovande väg baserad på teorier för så kallade supersträngar. Här rör man sig, hör och häpna, i 10 eller 11 dimensioner, där alla utom våra vanliga 4 rums-tids-dimensioner är "kompaktifierade" eller hoprullade till så små storlekar att vi inte kan se dem. Kvarkar och leptoner är i dessa teorier inte längre fundamentala utan uppbyggda av "strängar", som dock är många storleksordningar mindre än vad vi lär kunna undersöka experimentellt på mycket, mycket länge. En del säger aldrig, men det sa man även om Einsteins relativitetsteori som nu är väl belagd med observationer - så man ska aldrig säga aldrig!

Låt oss nu ta ett stort steg från kvarkarnas värld till atomer och molekyler, dvs vår storleksskala ökar med ungefär en miljard gånger. Trots att det är ytterligare en miljard gånger till människans storlek, är det i molekylernas värld som grunden ligger för det biologiska livet och även för mycket av den moderna teknologin. Ingen har väl kunnat undgå att höra talas om molekylärbiologi, t.ex. i samband med DNA och kartläggningen av människans arvsmassa i HUGO-projektet. Här samlas så stora informationsmängder att man för att analysera och använda dem måste tillgripa det senaste inom data och informationsteknologi, vilket givit upphov till det nya området bio-informatik. Även den moderna materialvetenskapen grundas på förståelse av den atomära världen. Kanske har ni hört begreppet nano-teknologi som är förknippat med enheten nano-meter, vilket är just en miljarddels meter.

Genombrott för nya forskningsfronter beror ofta på utvecklingen av nya metoder, nya tekniker. Så har synkrotronljuset, dvs emissionen av elektromagnetisk strålning från elektroner i partikelfysikernas acceleratorer, utvecklats till en källa för strålning med tillräckligt kort våglängd för att kunna observera molekyler och enstaka atomer. Detta har under de senaste decennierna öppnat helt nya möjligheter för forskning på atomär nivå inom fysik, kemi och biologi.

Här vill jag förebåda att denna forskning kommer att uppleva en revolution inom det närmaste decenniet. Denna kommer att baseras på den s.k. fri-elektronlasern eller Röntgenlasern som nu utvecklas i anslutning till partikelfysikernas acceleratorer. Fria, dvs obundna, elektroner färdas här genom en anläggning med mycket speciella egenskaper så att synkrotronljuset emitteras med lasereffekt. Detta innebär dels att intensiteten blir flera storleksordningar högre och dels att strålningen blir koherent, dvs vågorna svänger i takt.

Lasereffekten uppstår när strålningen färdas tillsammans med elektronerna i ett system av magneter och stimulerar elektronerna att avge ytterligare strålning. Detta kan bara fungera om elektronerna är grupperade i klungor som är så små att strålningen inte löser upp deras inre struktur utan ser dem som en enda laddning. Elektronerna kommer då att emittera strålning, inte inkoherent var för sig, utan koherent alla tillsammans. Då uppstår en förstärkningseffekt som är proportionell mot antalet elektroner i klungan, vilket kan vara flera miljarder!

Vad kan då en sådan Röntgenlaser användas till? Den höga intensiteten kombinerat med de extremt korta pulserna, ner till 1 femtosekund (10^-15 s), betyder att man ta snap-shots från atomernas värld. Koherensen gör att man borde kunna använda holografi och därför direkt få tre-dimensionella bilder utan den tidsödande tolkningsprocess som nu krävs för det vanliga synkrotronljuset. Sätter man sedan samman sådana bilder fås en tre-dimensionell film där atomära förlopp kan följas, t.ex. hur molekylers struktur förändras i olika reaktioner. Detta öppnar fantastiska möjligheter att se och förstå grundläggande processer i fysik, kemi, biologi och medicin.

Låt oss nu ta ytterligare ett stort steg till det allra största, Universum självt och dess utveckling. Vår kunskap har här vidgats oerhört under senare tid, bl.a. baserat på instrument i rymden. Alla har vi väl beundrat de vackra bilder som Hubble-teleskopet givit från sin position utanför Jordens störande atmosfär. Big Bang-teorin har fått ytterligare starkt stöd, t.ex. genom precisionsmätningar av den kosmiska bakgrundsstrålning som släpptes fri när elektroner och atomkärnor slogs samman till elektriskt neutrala atomer när Universum var några hundra tusen år gammalt. De mycket små oregelbundenheter i denna bakgrundsstrålning som nu observerats avslöjar de variationer i materietätheten som då rådde och ger kunskap om hur materien klumpade ihop sig och senare bildade galaxer.

Mätning av Universums expansionshastighet med hjälp av mycket avlägsna supernovor har nyligen visat att expansionen kommer att gå fortare än vi trott, vilket kan bero på förekomsten av en kosmologisk konstant. Einstein, som förde in den kosmologiska konstanten i sin ekvation men senare lär ha kallat den sin största blunder, får kanske anledning att glädja sig i sin himmel.

För att förstå Universum och dess utveckling behövs detaljerad kunskap om dess fundamentala byggstenar och krafter. Därför kommer partikelfysiken väl till pass och en ny vetenskapsgren, kallad astropartikelfysik, har uppstått. Ett neutrinoteleskop byggs nu genom att frysa in detektorer i Sydpolens kilometertjocka is. Avsikten är att detektera neutriner från kosmiska källor, såsom aktiva galaxkärnor innehållande svarta hål. Än mer spektakulärt är att den mörka materia som astronomerna anser måste finnas för att förklara galaxernas rörelsemönster och som verkar dominera Universums massa, kanske består av en helt ny sorts elementarpartiklar. Dessa skulle kunna vara de av partikelfysikaliska teorier förutsagda, men ännu ej observerade, så kallade supersymmetriska partiklarna. Om dessa kan påvisas utgöra den mörka materien står vi inför en 2:a kopernikansk revolution: Inte nog med att vi och vår Jord inte befinner sig i centrum av Universum, vi är inte ens uppbyggda av samma sorts partiklar som dominerar Universum!

På vägen från det minsta till det största i Universum går de olika vetenskaperna naturligt över i varandra. Matematikens röda tråd löper genom allt, ger stringens åt vetenskap och teknik samt klargör sambanden. Som vi sett förenas vetenskaperna om det allra minsta och om det största i Universum. Så sluts cirkeln och vår vetenskap strävar att omfamna hela Universum - likt Midgårdsormen slingrande sig runt Jorden.