LHC on heräämässä talviunesta. Hiukkaset laitetaan kiertämään kiihdyttimessä tänään ja dataa aletaan kerätä huhtikuun 7. päivä. Törmäysenergiaa on nostettu 14% viimevuotisesta ja laitteiston toiminta tunnetaan hyvin. Jos kaikki sujuu teknologian puolesta kunnolla, tänä vuonna kertyy niin paljon törmäyksiä, että Standardimallin Higgsin hiukkasesta saadaan vakuuttavaa todistusaineistoa. Olettaen siis, että Standardimallin Higgs (tai jotain mikä näyttää paljon siltä) on olemassa. Jos tarina massan alkuperästä on hyvin toisenlainen, niin senkin pitäisi näkyä tänä vuonna. Siinä tapauksessa juonen selvittäminen voi viedä pidempään, mutta ainakin tietäisimme, että Standardimalli ei päde LHC:n luotaamilla energioilla.

Aikoinaan hiukkasfysiikan kokeellisia ja teoreettisia tuloksia tuotiin julki konferensseissa, jotka olivat fysiikan kohokohtia. Erityisesti Moriondin konferensseilla on mainetta menneiltä ajoilta, jolloin hiukkasfysiikassa tehtiin löytöjä jatkuvalla syötöllä. Moniin vuosiin hiukkasfysiikassa ei ole löydetty oikein mitään kiinnostavaa ja teoreettiset tulokset menevät nettiarkistoon heti kun ne ovat valmiita (ja joskus vähän ennen). Kosmologiassa on ollut paljon kiinnostavia havaintoja, mutta nekin on tapana julkaista netissä saman tien. Niinpä konferenssien pääasiallinen rooli on auttaa yhteisymmärryksen ja yhteistyön muodostumisessa. Olen kerran ollut Moriondin konferenssissa, ja vaikka päivät olivat täynnä puheita, tuntui siltä että monien osallistujien pääasiallinen mielenkiinnon kohde oli hotellin vieressä oleva alppirinne, ja ohjelmassa olikin aukko iltapäivänä parhaaseen lasketteluaikaan.

Mutta nyt LHC suoltaa dataa, ja viime viikon Moriondin konferenssi tarjosi hyvien rinteiden lisäksi kaksi mielenkiintoista päivitystä Higgsin tilanteesta. Joulukuussa LHC:n Higgsiä etsivät kokeet ATLAS ja CMS julkaisivat alustavan analyysin suuresta osasta vuoden 2011 dataa. Nyt sekä ATLAS että CMS esittivät lopulliset analyysinsä kaikesta viime vuoden Higgsiä koskevasta datasta (osa tuloksista oli julkistettu jo helmikuussa). Lisäksi Tevatron-kiihdyttimeltä oli yllättäen Higgsiä koskeva viesti haudan takaa.

ATLAS- ja CMS-ryhmien lopullinen analyysi on yhtäpitävä alustavien tulosten kanssa: on todennäköistä, että Higgsin hiukkanen on paikallistettu, mutta varmaksi ei voida vielä sanoa. Higgsin hiukkasen massa on rajattu entistä tiukemmin, se voi pakoilla enää hyvin kapealla kaistaleella. ATLAS- ja CMS-kokeiden datankeruu ja analyysi ovat riippumattomia, ja on rohkaisevaa, että tarkempi katsaus osoittaa tulosten sopivan yhteen vähän paremmin kuin miltä joulukuussa näytti.

Uudet tulokset myös hieman vahvistavat joulukuisia vihjeitä siitä, että Higgsin hiukkanen vuorovaikuttaa voimakkaammin kuin mitä hiukkasfysiikan Standardimalli ennustaa. Standardimallin perusteella ei nimittäin odottaisi, että oltaisiin nähty niin monta mahdollista Higgsin hiukkasta. Tämä saattaa viitata siihen, että kyseessä ei olekaan Standardimallin Higgsin hiukkanen. Poikkeamasta ei ehkä kannattaisi edes mainita, koska se ei ole tilastollisesti juuri merkittävä, mutta nälkäistä houkuttelee jokainen tiedonmuru.

Hiukkastörmäysten tutkiminen on sotkuista puuhaa, ja haluamansa datan irti saaminen koetuloksista on monimutkaista. Viime vuonna suljetun Tevatron-kiihdyttimen jälkeenjääneen datan analyysissä on tehty yllättäviä edistysaskeleita, ja siitä on saatu vielä puristettua Higgsistä jotain tietoa. Tevatronin tulokset eivät ole niin vahvoja kuin LHC:n, mutta on rohkaisevaa, että niissäkin näkyy viitteitä Higgsistä, jotka sopivat yhteen LHC:n tulosten kanssa. Tevatronkin muuten vihjailee vähän voimakkaammin vuorovaikuttavan Higgsin hiukkasen suuntaan.

Tarkempia tietoja tuloksista sopii lukea Tomaso Dorigolta, Jesteriltä ja Matt Strasslerilta kaksin kerroin.

Käsillä olevan datan suhteen jäljellä on vielä kaikkien kokeiden tulosten yhdistäminen erillisten analyysien sijaan. Tämä antaa kunnollisen kuvan tämän hetken todennäköisyydestä Higgsin hiukkasen olemassaololle ja parhaan arvion sen massasta. Hiukkassuihku lähtee kiertämään LHC:n rinkiä juuri nyt, kello 18.30, kesään mennessä nykyiset tulokset ovat jo auttamattoman vanhentuneita ja vuoden loppuun mennessä Standardimallin Higgsin pakomatka on päättynyt.

Kommentit (13)

Cargo

Kosmologia pääsee taas kunnolla vauhtiin kun tulevaisuudessa päästään luotaan avaruuden rakennetta Planckin etäisyyksillä ja löydetään jokin sopiva kidehilamalli, joka indusoi approksimaaationa yleisen suhteellisuusteorian ja sisältääkvanttimekaniikan. :)

Pentti S. Varis

Oletetaan, että Higgsin hiukkanen osoittautuu todeksi. Törmäyttimessä ei kuitenkaan ole Higgsin hiukkasta ainakaan ilmenevässä muodossa ennen kuin törmäys on tapahtunut ja vaadittava energia syötetty. Missä muodossa Higgsin hiukkanen tai tuleva sellainen on ennen ilmitulemistaan? Samaa voi ehkä kysyä joidenkin muidenkin hiukkasten kohdalla.

Voitaisiinko vaadittava energia syöttää periaatteessa muullakin tavalla kuin törmäyttämällä?

Jesse

Kun puhutaan energioista, joilla laitteet toimivat, niin mitä se käytännössä tarkoittaa. Onko energia yhden hiukkasen saama liike-energia? Toisaalta, kun energian määrää nostetaan, miksi se johtaa välttämättä uudenlaiseen havaintoon?

Syksy Räsänen

Pentti S. Varis:

Törmäyksissä syntyy uusia hiukkasia. Tämä tarkoittaa sitä, että niitä ei ole olemassa ennen törmäystä. Hiukkasia voi toki syntyä muutenkin, esimerkiksi kun epästabiilit hiukkaset (vaikkapa radioaktiiviset atomiytimet) hajoavat tai aineen ja antiaineen annihiloituessa. Arkisemmin fotoneita syntyy aina kun laittaa lampun päälle.

Syksy Räsänen

Jesse:

Kyse on kehässä kiertävän protonin kokonaisenergiasta. Raskaiden hiukkasten tuottaminen vaatii paljon energiaa, ja todennäköisyys niiden tuottamiseen nousee energian kasvaessa. Tunnettujenkin hiukkasten vuorovaikutukset riippuvat energiasta, joten sitä nostamalla saatetaan nähdä, että ne käyttäytyvät eri tavalla kuin mitä Standardimalli ennustaa.

Pekka

Se, mitä en maallikkona ymmärrä, on se että miten joku "hiukkanen" voi aiheuttaa massan. Onko joku muu termi kuin "hiukkanen" olemassa, ja jos niin mikä, varsinkin puhuttaessa massasta? Kenttä? Itse koen "hiukkasen" aina joksikin mikä on "käsinkosketeltavaa", aiheuttaa voiman mihinkäkin kohteeseen jne. Taidan miettiä taas ihan tyhmiä. Ei haitanne?

Pentti S. Varis

Syksy kirjoitti:"Törmäyksissä syntyy uusia hiukkasia. Tämä tarkoittaa sitä, että niitä ei ole olemassa ennen törmäystä. Hiukkasia voi toki syntyä muutenkin, esimerkiksi kun epästabiilit hiukkaset (vaikkapa radioaktiiviset atomiytimet) hajoavat tai aineen ja antiaineen annihiloituessa. Arkisemmin fotoneita syntyy aina kun laittaa lampun päälle."

En ole nähnyt missään selitetyn, miten joku energia-annos muuttuu täsmällisen massan ja sähkövarauksen omaavaksi hiukkaseksi, jos mitään ei ole sitä ennen. Siis millä "mekanismilla" tuo hämmästyttävä muutos tapahtuu? Veikkaan tosin, että kukaan ei tiedä..mutta täytyyhän jollakin olla siitä spekulaatioita.

Syksy Räsänen

Pentti S. Varis:

Kutakin hiukkaslajia kuvaavat kentät ovat aina olemassa, hiukkaset ovat niiden eräänlaisia tiivistymiä, joita voi syntyä ja hävitä. Kvanttikenttäteoria kuvaa hiukkasten syntyä ja häviämistä matemaattisesti ja täsmällisesti, ja asia ymmärretään erittäin hyvin, se ei ole enää lainkaan spekulatiivinen.

Petri M

Tuli vähän myöhässä kommentoitua, mutta katsotaan jos silti saisin vastauksen. :)

Olen kuullut Higgsistä puhuttavan kondensaattina. Onko kyseessä samassa mielessä kondensaatti kuin joissain inflaatioteoreettisissa malleissa? Preprinttejä selaillen kun sain sen kuvan, että mm. eräässä usean branen mallissa materia ikäänkuin "massaistuu" vasta inflaatio-vaiheen epätasapainon päättyessä. Voi olla myös että tulkitsin paperia villisti väärin.

Voidaanko ajatella että inflatoorisen vaiheen epätasapainossa Higgs ei vielä olisikaan massan, vaan imaginäärisen massan välittäjä ja vasta inflaatiovaiheen lopussa Higgsistä tulisi massan aiheuttaja kuten sen nykyisin ymmärrämme?

Siipien levittämistä - blogit ...

[...] olemassaoloon. Joulukuuhun mennessä ei oltu ehditty käydä läpi kaikkea vuoden 2011 dataa, mutta keväällä ilmestynyt kattava analyysi vahvisti joulun alla kerrotut tulokset. Ovi on avattu ja sieltä hohkaa Higgsin [...]

Niin maan päällä kuin taivaass...

[...] Moriondin hiukkasfysiikan konferenssi pidettiin maaliskuun alussa. Viime vuonna siellä esiteltiin Higgsistä vihjeitä, jotka sitten heinäkuussa lunastettiin. Kaikkea kerättyä [...]

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