Nyt se löytyi!

CERN:istä osattiin odottaa uutisia Higgsin bosonista tänä vuonna. Itse työ on kuitenkin vasta alussa.

tiede
Havainnekuva Higgsin bosonin etsinnästä
Yle Uutisgrafiikka

Erimassaisia hiukkasia saadaan synnytettyä säätelemällä hiukkaskiihdyttimen törmäytysvoimaa. Koska Higgsin bosonin massaa ei tunnettu, sitä haarukoitiin esiin eri törmäysvoimilla.

Jo viime syksynä testeistä ja muiden laitosten tutkimustuloksista oli saatu riittävästi tietoa, jolla Higgsin bosonin piilopaikka saatiin rajattua 115 – 127 gigaelektronivoltin (GeV/c², alkeishiukkasten massayksikkö) alueelle. Tuo alue oli tarkoitus käydä läpi vielä tämän vuoden aikana.

Koko vuotta ei kuitenkaan tarvittu. Keskiviikkona CERN:in tutkijat kertoivat löytäneensä datastaan jäljet Higgsin bosonista väliltä 125 – 126 gigaelektronivolttia. Sen massa on siis noin 0,000000000000000000000224 grammaa.

On aina mahdollista, että havainnot on synnyttänyt jokin muu hiukkanen, mutta ihan arpapelistä ei ole kysymys. CERN arvioi virheen mahdollisuuden olevan noin yksi kahdesta miljoonasta.

Nyt tutkimus vasta alkaa

Välittäjähiukkasen löytämistä tarvittiin, sillä se on todiste itse Higgsin kentän olemassaolosta. Vuorovaikutus tämän kentän kanssa antaa aineelle massan, jota ilman painovoimaa ei olisi. Samalla hiukkasfysiikan standardimalli sai lisätukea, 125 GeV on sen ennustama kokoluokka.

Osa tutkijoista on aiemmin kertonut olevansa pettyneitä, jos Higgsin bosoni löytyy juuri ennustetusta paikasta, sillä se vetää mattoa alta muilta teorioilta. Jos CERN olisi käynyt koko törmäytyssarjansa läpi löytämättä Higgsin hiukkasta, vanhat teoriat olisi voitu heittää romukoppaan ja aloittaa puhtaalta pöydältä.

Fyysikot eivät kuitenkaan pääse nytkään lomille. Ensinnäkin hiukkasen ominaisuudet pitää selvittää. Samalla lähdetään selvittämään massaerojen syytä. Higgsin teorian mukaan erilaiset massat johtuvat erivahvuisesta vuorovaikutuksesta kentän kanssa, mutta syytä erivahvuisiin vuorovaikutuksiin ei tunneta.

Myös löydön vaikutusta muihin kokonaisselityksiin tarkastellaan. Mm. supersymmetriateoria, säieteoriat ja M-teoria ovat osin laajennoksia standardimalliin, osin sen kilpailijoita. Niiden kannattajat ryhtyvät nyt sovittamaan Higgsiä laskelmiinsa. Suora tyrmäys niille ei kuitenkaan ole kyseessä, esim. supersymmetriateoria olettaa viisi erilaista Higgsin hiukkasta, joista yksi voi olla standardimallin kanssa yhteensopiva, Tiede-lehti kirjoittaa.

Vaikka materian massan arvoitukset saataisiin jossain vaiheessa ratkaistua, työ ei silti ole ohi. Itse painovoima - joka on massan ominaisuus - on ratkaisematta. Se ei sovi standardimalliin, eikä sen välittäjähiukkaseksi pääteltyä gravitonia ole koskaan havaittu.

Lisäksi tutkijat arvelevat, että näkyvä materia muodostaa vain noin neljä prosenttia maailmankaikkeudesta. Loput koostuvat pimeästä materiasta ja vielä suuremmalta osin pimeästä energiasta, joiden tutkimus on vasta alussa.

Jumalhiukkanen

Kaivatun hiukkasen löytymiseen tarvittiin valtava määrä testejä ja tulkintaa. CERN on kerännyt dataa sadoista triljoonista protonitörmäyksistä. Testilaitteena käytetty CERN:in LHC-hiukkaskiihdytin on maailman suurin ja monimutkaisin kone, eikä sen rakentamisessa säästelty kustannuksia.

Higgsin bosonia onkin kutsuttu Jumalhiukkaseksi (God Particle), koska sen löytäminen nousi niin keskeiseen asemaan tiedeyhteisössä ja maailmankaikkeuden ymmärtämisessä.

Nimityksen keksinyt Nobel-palkittu fyysikko Leon Lederman on sanonut leikillään, että toinen vaihtoehto olisi ollut Jumalautahiukkanen (Goddamn Particle), koska se tuntui piileksivän etsijöiltään ja aiheuttavan valtavat kustannukset.