LHC-kiihdyttimen tunnetuin tutkimuskohde on Higgsin hiukkanen ja se --tai ainakin jotain hyvin samannäköistä-- on saatu kiinni. Higgsin hiukkanen oli siinä mielessä helppo pala, että se on osa hiukkasfysiikan Standardimallia. Standardimallista tiedettiin kaikki paitsi Higgsin massa, joten oli selvä käsitys siitä, mitä ollaan etsimässä. On tosin mahdollista, että löydetty hiukkanen ei olekaan aivan sellainen, mitä Standardimalli ennustaa (virallisestihan löytöä kutsutaan "higgsinkaltaiseksi hiukkaseksi"), mutta toistaiseksi kaikki vastaa odotuksia. Higgs on viimeinen luotettavissa kartoissa oleva saari matkalla tuntemattomille merille.

On satoja ehdotuksia siitä, mitä Standardimallin tuolla puolen on eli millaisia hiukkasia ja vuorovaikutuksia tulee vastaan LHC:n jatkaessa matkaansa. Niiden tutkimisesta tekee yhtä lailla kiehtovaa ja turhauttavaa se, että ei tiedetä mikä malli olisi oikea. Joidenkin vaihtoehtojen mukaan LHC ei näe mitään poikkeamia Standardimallista vaikka se jauhaisi 20 vuotta, monissa malleissa aarteiden olisi odottanut jo löytyvän.

Eniten kannatusta saanut vaihtoehto on Standardimallin supersymmetrialla varustettu laajennus. Supersymmetrian mukaan kaikilla hiukkasilla on pari, joka on melkein samanlainen mutta raskaampi. (Se on myös bosoni jos itse hiukkanen on fermioni ja toisinpäin; ks. merkintä supersymmetriasta.) Jos supersymmetrisiä pareja on olemassa, niitä syntyy hiukkastörmäyksissä, joiden energia on tarpeeksi korkea. LHC:n koeryhmät ATLAS ja CMS ovat huolella etsineet merkkejä supersymmetrisistä puolisoista ja uusimpia tuloksia esiteltiin vuosittaisessa supersymmetriakonferenssissa SUSY 2012 viime viikolla. Tilanteen voi tiivistää sanomalla, että supersymmetriasta ei ole mitään merkkejä. Kokeet antavat vain alarajan supersymmetristen hiukkasten massoille: mitä raskaampia ne ovat, sitä vaikeampi niitä on kiihdyttimissä tuottaa.

Standardimallin supersymmetriset laajennukset eivät ennusta supersymmetristen puolisoiden massoja. On mahdollista, että vaikka supersymmetria olisi olemassa, se tulisi näkyviin niin korkealla energialla, että sitä ei koskaan löydettäisi. Yksinkertaisimmissa ja suosituimmissa malleissa supersymmetristen hiukkasten massat kuitenkin liittyvät Higgsin hiukkasen massaan. Mitä kauemmas puolisoiden massat siitä siirtyvät, sitä keinotekoisemmaksi ja epäuskottavammaksi rakennelma muuttuu. Tällä hetkellä LHC:n mukaan puolisoiden pitää olla vajaa kymmenen kertaa Higgsiä raskaampia, mikä on jo aika paljon.

Supersymmetrian kiilto on rapissut: 1980-luvulta alkaen siitä kehittyi lähes itsestään selvä jatke Standardimallille, mutta epäilyt alkavat nousta pinnalle. On sosiologinen kysymys, koska luovutaan toivosta. Osa odottaa supersymmetrian lymyilevän aina seuraavan kulman takana (mikä on toki mahdollista). Äärimmäinen esimerkki on teoreetikko Gordon Kane, joka toistuvasti siirtää mallinsa ennusteita kokeellisten rajojen yläpuolelle ja väittää LHC:n olevan jatkuvasti juuri kohta näkemässä supersymmetriaa ja jopa säieteoriaa. (Kanen väitteet olivat ilmeisesti olleet Tiede-lehden Higgs-jutun harhaanjohtavan uutisoinnin taustalla.)

Kilpailevilla ideoilla kuten teknivärillä ei taida mennä sen paremmin, mitään niiden ennustamaa kun ei ole löytynyt, tarkkoja rajoja teknivärimalleille en tosin ole nähnyt. Suorien hiukkasetsintöjen lisäksi Higgsin täsmämittaukset asettavat teknivärille tarkkoja rajoja, koska sen mukaan Higgs ei ole alkeishiukkanen, vaan koostuu pienemmistä osasista.

LHC kerää dataa Higgsiin ja supersymmetriaan sekä muihin Standardimallin laajennuksiin liittyen joulukuun puoliväliin asti. Siihen mennessä dataa pitäisi olla kasassa ainakin kaksinkertainen määrä nykyiseen nähden, ja uutisia voi olla luvassa taas jouluksi. Ensi vuoden alussa LHC törmäyttää protonien sijaan raskaampia ytimiä ja maaliskuussa kiihdytin suljetaan. Tarkoitus on päivittää hiukkasia ympyräradalla pitävät magneetit ja nostaa törmäysenergiaa. Suunnitelmien mukaan LHC jatkaisi toimintaa kahden vuoden kuluttua, keväällä 2015. Vaikea sanoa olisiko odotus turhauttavampi jos jouluun mennessä ei näkyisi mitään uutta, vai jos nähtäisiin merkkejä uudesta mantereesta jonne astumista jouduttaisiin odottamaan kaksi vuotta.

Kommentit (9)

Matti PItkänen

SUSYn motivaationahan on skalaari-Higgsin takyonisen "paljaan massan" ei-stabiilius, jos Higgsin oletetaan tuottavan myos fermionien massat. Syyna on se, etta massaan verrannollinen kytkenta tuottaa suuren radiatiivisen korjauksen massatermiin ja se tulee ei-takyoniseksi jolloin Higgsin vakuumiekspektaatio meneekin nollaa ja koko massivoituminen menetetaan. Tata nimitetaan hierarkia-ongelmaksi.

Standardi SUSYn oletettiin ratkaisevan taman hierarkia-ongelman. Yha ilmeisemmalta kuitenkin nayttaa, etta siinakin tapauksessa etta standardi SUSY on realisoitunut, se ei siihen pysty. Ja myos etta jos SUSY on realisoitunut se on jotain muuta kuin standardi SUSY joka muun muassa vaatii protonin epastabiiliuden joka on perusongelma kaikissa mainstream unifikaatioissa.

Jos luovutaan kokonaan oletuksesta etta Higgsin kaltainen hiukkanen - tutavallisesti H - tuottaa fermionien massat ja siis tuottaa vain mittabosonien massat niin hierarkia-ongelmalta valtytaan. Ei tarvita standardi SUSYa. Oletukselle etta maaraa mittabosonien massat on hyvat perusteet: on hyvin helppoa ymmartaa W ja Z massojen suhde jos H antaa longitudinaalikomponent naille hiukkasille. Ilman H:ta tama on todella vaikeaa. Pseudoskalaari H lienee kaikkien elegantein vaihtoehto.

Luonto siis nayttaa yrittavan kertoa teoreettisen fysiiikan paatoksentekijoille, etta H maaraa vain bosonien massat ja etta SUSY on jotain muuta kuin he ovat paattaneet sen olevan;-). Sama patee fermionien massivoitumiseen. Tama tuntematon massivoitumismekanismi antaisi osuutensa myos mittabosonien massoihin mutta fotonien hyvin pieni massa - tunnemme slle vain ylarajan - viittaa siihen, etta tama kontribuutio on hyvin pieni. Fermioneja koskevan viestin olisi tosin voinut lukea ajat sitten top kvarkin ja elektronin massojen suhteesta luokkaa 10^5: GUT filosofia ehdottaisi lukua joka ei olisi kaukana ykkosesta;-).

Anonyymi astrofyysikko

Onko bloggaaja lukenut Lee Smolinin kirjaa The Trouble with Physics? Siinähän tarkastellaan nykyisen teoreettisen fysiikan tilaa ja mm. väitetään säieteorian saaneen kohtuuttoman suuren vaikutusvallan tiedeyhteisössä (itse olen perehtynyt näihin asioihin sen verran pintapuolisesti etten osaa arvioida kuinka oikeaan osuvaa Smolinin kritiikki on). Tuli vaan mieleen tuosta Kanen maalitolppien siirtelystä.

Syksy Räsänen

Matti PItkänen:

Hierarkiaongelmahan on tosiaan eräs matalalla energialla näkyvän supersymmetrian motivaatio, palaan siihen ehkä jossain toisessa merkinnässä tarkemmin.

Syksy Räsänen

Anonyymi astrofyysikko:

Olen lukenut Smolinin kirjan. Smolin on mielestäni pääpiirteittäin oikeassa, tosin on sanottava että hänen kommenttinsa koskevat lähinnä teoreettista hiukkasfysiikkaa, mikä on vain pieni osa koko teoreettisesta fysiikasta (esimerkiksi kiinteän olomuodon fysiikassa, statistisessa fysiikassa, astrofysiikassa jne. on kaikissa teoreetikkonsa). Mutta mitä tulee perustavanlaatuisten luonnonlakien etsimiseen, Smolinin havainnot ovat osuvia. Mitä fyysikoiden palkkaamisen tulee, tilanne on muuttunut kirjan julkaisemisen jälkeen eikä säieteoria ole enää yhtä suuressa suosiossa.

Marsilainen Kummitus

Muistelen jostain lukeneeni, että säieteoria sisältää välttämättä supersymmetrian. Jos supersymmetrisiä hiukkasia ei olisi olemassa, todistaisiko tämä säieteorian virheelliseksi?

Syksy Räsänen

Marsilainen Kummitus:

Ei tiedetä, mikä säieteorian kunnollinen muotoilu on, eli ei oikein voi sanoa että se ennustaisi mitään, vaikka voikin antaa viitteitä. Mutta säieteorian nykyisissä muotoiluissa on tosiaan supersymmetria aivan oleellinen osa säikeiden käyttäytymistä. Tämä ei kuitenkaan välttämättä tarkoita sitä, että säieteoriasta approksimaationa seuraava hiukkasfysiikan teoria olisi supersymmetrinen. Vaikka näin olisi, niin supersymmetristen hiukkasten massat voisivat olla niin isoja, että niitä ei koskaan havaittaisi.

pete

Kummallisia vaatimuksia!
Haemme kaikkeinpieneimpiä osia, joita voimme löytää. Haluamme tutkia kuinka saamme rikki mahdollisimman paljon. Pidämme suurena löytönä sitä(higgins) ja siitä saatuja tuloksia.
Eikö olisi aika tutkia oikeasti, mikä aiheuttaa hiukkasten yhteenliitymää tai materiaalin yhdistymistä, ei siis niiden karkaamista.
Taitaapi olla siten, että ei ole kykyä eikä halua todeta mailmankaikkeuden toimivuutta, mutta miljardeja riittää hiukkasten räjäyttämiseen. Onko nykyinen tiede armoton, uusien ajatusmallien todentamiseen.
Toki kysyt, miksi ja miten edetä tieteessä muullatavoin. Ajatusmallina voisi olla suuret luokat kuten avaruus ja galagsit, niiden muodostuminen, toiminta, käyttäytyminen, josta päästään gravvitaation syntyyn ja painovoiman olemassaoloon.
Todellisia toteutuksia pitää saavuttaa, ei miljardien kuluja!

Syksy Räsänen

pete:

Hiukkaskiihdytinkokeissa saadaan tietoa siitä, miten aineen osaset vuorovaikuttavat, mikä kertoo myös sen, mikä pitää niitä yhdessä. Tavallisen aineen kohdalla tosin asia on jo täysin tunnettu, sähkömagnetismi ja ydinfysiikka tunnetaan. Hiukkasfysiikan kokeet eivät ole vaihtoehtoisia kosmologian ja tähtitieteen tutkimuksille maailmankaikkeudesta, molemmista oppii perustavanlaatuista tietoa maailmankaikkeudesta.

Jutunkerrontaa - blogit - Tied...

[...] korostaminen saattaa liittyä siihen, että se on eräs LHC:n odotetuimpia tutkimuskohteita. Toistaiseksi siitä ei ole kiihdyttimissä näkynyt mitään merkkiä. Lehdistötiedote nimittäin loppuu [...]

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto