Vuosittainen Moriondin hiukkasfysiikan konferenssi pidettiin maaliskuun alussa. Viime vuonna siellä esiteltiin Higgsistä vihjeitä, jotka sitten heinäkuussa lunastettiin. Kaikkea kerättyä dataa ei oltu ehditty analysoida heinäkuuhun mennessä, ja sen jälkeen saatiin vielä laariin paljon hiukkastörmäyksiä ennen kuin kiihdytin suljettiin kahdeksi vuodeksi. Marraskuussa julkistettiin datasta päivitys, joka kuitenkin jätti jotain kysymyksiä avoimeksi. Nyt dataa on ehditty käydä paljon läpi, ja Moriondin kokouksessa ja sitä seuraavalla viikolla nähtiin tarkempi kuva löydetystä hiukkasesta.

Kun hiukkanen heinäkuussa julistettiin löydetyksi, sitä ei virallisesti kutsuttu Higgsiksi. Higgsin hiukkasen ominaispiirre on se, että se vuorovaikuttaa muiden hiukkasten kanssa sitä voimakkaammin, mitä isompi niiden massa on. Niinpä Higgs hajoaa useammin raskaiksi kuin kevyiksi hiukkasiksi. Sen tarkistamiseksi, onko löydetty hiukkanen todella Higgs, pitää siis mitata kuinka usein se hajoaa minkälaisiksi hiukkasiksi. Erilaisia lopputuotteita on nyt mitattu neljä erilaista, ja tiedetään noin 20-50% tarkkuudella miten voimakkaasti uusi hiukkanen vuorovaikuttaa niiden kanssa. ATLAS-koeryhmän sivuilla on animaatioita, joista näkyy miten uusi hiukkanen erottuu eri hajoamistuotteista hiljalleen kun dataa kerätään. Tulokset sopivat erinomaisesti yhteen sen kanssa, että kyseessä on Higgsin hiukkanen, vieläpä hiukkasfysiikan Standardimallin mukainen Higgsin hiukkanen.

Havaintoja pidetään nyt tarpeeksi vakuuttavina, että CERN on virallisesti julistanut kyseessä olevan Higgs: ilmaisua "higgsinkaltainen" ei tarvitse enää käyttää. On jossain määrin mielivaltaista, missä vaiheessa jonkin havainnon tulkintaa sanotaan käytännöllisesti katsoen varmaksi. Higgsin kohdalla niin olisi voinut tehdä jo aiemmin. Higgsin hiukkanen on elimellinen osa Standardimallin rakennetta: ilman sitä muut tunnetut hiukkaset eivät käyttäytyisi havaitulla tavalla, joten epäsuoraa todistusaineistoa Higgsin olemassaolosta on ollut jo pitkään. Ei tiedetä mitään kunnollista vaihtoehtoa sille, miten havainnot voisi selittää, jos kyseessä ei olisikaan Higgs.

Varhaisten havaintojen mukaan Higgs tuntui hajoavan fotoneiksi hieman tavallista useammin. Poikkeama ei ollut tilastollisesti merkittävä, joten ei ollut selvää onko kysymys siitä, että on sattumalta nähty paljon hajoamisia fotoneiksi vai onko Higgs erilainen kuin mitä odotetaan. Uuden datan myötä on paljastunut, että kyseessä oli vain hyvä tuuri -- jos ei olisi sattumalta nähty enemmän fotoneiksi hajoamisia, ei hiukkasta olisi voitu julistaa löydetyksi vielä heinäkuussa. Nyt hajoamisten määrässä ei enää ole mitään poikkeavaa.

Huomiota on myös herättänyt se, että Higgsin massa on näyttänyt hieman erilaiselta eri hajoamistavoista mitattuna. Tämä olisi saattanut olla viite siitä, että onkin nähty kaksi erilaista Higgsin hiukkasta. Uusi data ei tue tällaisia toiveita.

Kaiken kaikkiaan, mitä enemmän dataa on kertynyt ja mitä huolellisemmin sitä on analysoitu, sitä enemmän Higgs näyttää sopivan Standardimallin muottiin. LHC:ssä ei ole näkynyt muitakaan merkkejä tuntemattomasta, kuten ei viime viikolla tuloksensa julkaisseen Planck-satelliitinkaan havainnoissa. Hiukkaskosmologit joutuvat vielä odottamaan suunnannäyttäjää.

Kommentit (14)

Lentotaidoton

Nuo ATLAS koeryhmän animaatiot ovat todella mielenkiintoista katseltavaa. Käykää kurkkaamassa.

Lentotaidoton

Jester said...
Currently there are no serious experimental hints that other Higgs bosons exist, but it is certainly a possibility. In any case, from the current LHC data it seems that even if the 125 GeV particle is merely *a* Higgs boson it is the most important Higgs boson. The heavier partners would couple less strongly to W and Z bosons, and thus would contribute less to their masses.
20 March 2013 01:08

http://resonaances.blogspot.fi/2013/03/higgs-more-of-same.html

Tuo Metusalahin linkki oli selostus heinäkuulta (5.6.) 2012. Yllä vähän tuoreempaa Jesterin arviota Syksyn linkin mukaan.

Kimmo Rouvari

Eikö Syksyä häiritse tilanne, jossa Standardimalli on lähes valmis, mutta selitettävää riittää enemmän kuin lääkäri määrää? Isoimpana piikkinä lihassa gravitaatio-vuorovaikutus. Monilla fyysikolla on kuitenkin kalvava epäilys, että kaikkien vuorovaikutusten takaa löytyy se yhtenäinen idea/mekanismi.

Todistuaineisto universumista kertoo omaa tarinaansa ja sitä olisi hyvä kuunnella Occamin veitsen kanssa.

Eusa

Minulle on muodostunut käsitys, että voisi löytyä elektronin Higgs, myonin Higgs ja taun Higgs kuten on neutriinoillakin (antihiukkasia ei skalaarilla olisi). No, standardimallin mukainen energiajäsentely on joka tapauksessa vahva teoria. Kysymys: mitä erilaisia standardimalliin sopivia usean Higgsin hiukkasen variaatioita on ollut ehdolla ja onko Higgsin mekanismilla mahdollisuuksia selittää baryonigeneesin symmetriarikkoa?

Syksy Räsänen

Metusalah:

Lentotaidoton jo vastasikin. Useissa Standardimallin laajennuksissa on enemmän kuin yksi Higgsin bosoni (esimerkiksi minimaalisessa supersymmetrisessä laajennuksessa niitä on viisi), mutta toistaiseksi useamman kuin yhden olemassaolosta ei ole mitään viitteitä. Jos muita Higgsin bosoneita on olemassa, se myös tarkoittaa sitä, että havaittu Higgsin bosoni ei ole aivan samanlainen kuni Standardimallissa, koska osa sen työnkuvasta on siirretty noille uusille hiukkasille. Higgsin ominaisuuksien tutkiminen ja uusien Higgsin bosonien etsiminen liittyvät siis yhteen.

Eusa:

On erittäin epäluultavaa, että jokaisella alkeishiukkasella olisi oma Higgsin kenttä. Neutriinojen massojen alkuperää ei tiedetä, mutta ei niillä yleisesti ottaen ole kullakin omaa Higgsin hiukkasta massoja antamassa. Tuo kommenttisi skalaarien antihiukkasista on väärin eikä liity aiheeseen, enkä tiedä mitä "standardimallin mukainen energiajäsentely" on.

Erilaisista Higgs-variaatioista kenties myöhemmin enemmän. Higgsistä ja baryogeneesistä, ks. http://www.tiede.fi/blog/2009/11/16/aineen-synty/

Syksy Räsänen

Kimmo Rouvari:

Standardimallihan on ollut valmis jo 40 vuotta, sen tuolle puolen meneviä malleja, niin gravitaatioa koskien kuin muutenkin, on satoja erilaisia.

Eusa

Syksy:

... mitä “standardimallin mukainen energiajäsentely” on.

Viittaan yleensä ehjään malliin paketoituneista määrämittaisista energiaosuuksista. Hieman uutta tarkennettaavaa olisiko tulossa protonin "koon" viimeaikaisista mittauksista...? Minusta näyttää kovinkin luultavalta, että voisi olla omat Higgsin energiamäärät eri alkeishiukkasilla. Kiva tietää, että sekin on tutkimuksen kohteena.

Kimmo Rouvari

Kyllä kyllä, malli on ollut valmis vuosikymmeniä, mutta nyt sille annetaan viimeinen ja ratkaiseva todiste. Asian tekee mielenkiintoiseksi se, että edelleen gravitaatio on ulkona. Sitä lienee mahdoton ympätä standardimallin sisään tai jatkeeksi ilman että pohjalla oleva malli kärsisi. Näin olisi varmasti jo tehty mikäli se olisi mahdollista. Tuhannet tiedemiehet eivät ole siihen pystyneet ennen eikä nykyään.

Mielestäni jäljelle jää vain vaihtoehto, jossa standardimallia joudutaan muokkaamaan perustuksia myöden.

Syksy Räsänen

Eusa:

Standardimalli ei perustu mihinkään "malliin paketoituneista määrämittaisista energiaosuuksista". Vapaiden hiukkasten energiat muuttuvat jatkuvasti, sidottujen tilojen energiat ovat toki kvantittuneet. En sanonut, että "omat Higgsin energiamäärät eri alkeishiukkasilla" olisi tutkimuksen kohteena.

Kimmo Rouvari:

Gravitaation yhdistäminen kvanttifysiikkaan ja hiukkasfysiikkaan on tosiaan suuri ongelma, ks. http://www.tiede.fi/blog/2009/04/07/maljan-jaljilla/

Pentti S. Varis

Syksy Räsänen kirjoitti: "Standardimalli ja suhteellisuusteoria myös palautuvat johonkin perustavanlaatuisempaan teoriaan - vielä tosin ei tiedetä, mikä tämä teoria on, ja sen löytäminen on hiukkaskosmologian valtavin kysymys."

http://www.tiede.fi/blog/2009/04/07/maljan-jaljilla/

Jos standardimalli ja koko avaruus ja aika, joissa standardimalli lepää, todella ovat efektiivisiä, niin Higgsin bosonikaan ei ehkä olisi sataprosenttisen täsmällinen, vaan "epämääräisemmin" emergoitunut, hieman "oskilloiva" olio, jolloin siitä syystä myös törmäyksissä luonnostaan syntyisi hieman erilaisia hiukkasspektrejä.

En tosin ole huomannut missään selitettävän, miten hiukkasspektrit ylipäänsä syntyvät törmäytyksen energiasta..

Ja gravitaatio olisi (Hiroomi Umezawan skenaariota mukaillen) karkeistuksessa menetettyjen vapausasteiden uusi, "jalostunut" ilmentymä, ei mikään itsenäinen vuorovaikutus (vrt. Andrei Saharovin näkemys painovoimasta)

Esimerkiksi Goldstonen bosonin "tullessa syödyksi" voisi kai syntyä paitsi massoja, myös aika-avaruuden gravitaatio-ilmiö, jonka luonne perustavammassa teoriassa on vielä hämärän peitossa. Mutta tutkijat ovat tietysti käyneet tällaiset läpi heti kättelyssä..

Syksy Räsänen

Pentti S. Varis:

Standardimalli, mukaan lukien se, millaisiksi hiukkasiksi Higgs hajoaa ja kuinka usein, on toki vain approksimaatio. Oletettavasti kuitenkin gravitaatioon liittyvät korjaukset tähän approksimaatioon ovat mitättömän pieniä.

Kimmo Rouvari

Syksy kirjoitti: "Standardimalli, mukaan lukien se, millaisiksi hiukkasiksi Higgs hajoaa ja kuinka usein, on toki vain approksimaatio. Oletettavasti kuitenkin gravitaatioon liittyvät korjaukset tähän approksimaatioon ovat mitättömän pieniä."

Mitättömän pieniä... Laitetaanko 100 euron vedonlyönti tästä aiheesta? Pitäisi varmaan ensin määritellä luonnehdinta mitättömän pieniä, mutta jätän sen sinun päätettäväksi jälkikäteen. Vedon tulos ratkeaa kun gravitaatio-vuorovaikutus saadaan leivottua Standardimalliin mukaan, toivottavasti meidän elinaikanamme. Henkilökohtaisesti uskon vedon ratkeavan alle viidessä vuodessa.

Syksy Räsänen

Kimmo Rouvari:

Ei laiteta. On hyvin epätodennäköistä, että hiukkasfysiikka ja gravitaatio saadaan tyydyttävästi yhdistettyä viiden vuoden sisällä.

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