Tällä viikolla Kiotossa pidetyssä Hadron Collider Physics Symposium 2012 -kokouksessa julkaistiin LHC-kiihdyttimen uusimmat tulokset. Tämä oli ensimmäinen Higgsin hiukkasen ominaisuuksia koskeva päivitys sen jälkeen kun hiukkanen julistettiin löydetyksi 4. heinäkuuta. LHC on kerännyt yli kaksinkertaisen määrän dataa heinäkuuhun verrattuna, kaikkea tosin ei ole vielä ehditty analysoida. Merkittävin parannus liittyy Higgsin eri hajoamistapoihin.

Higgsin hiukkasen elinikä on hyvin lyhyt, synnyttyään LHC:n protonitörmäyksessä se hajoaa ennen kuin ehtii lentää havaintolaitteisiin, joten siitä havaitaan vain hajoamistuotteet. Hiukkasfysiikan Standardimalli ennustaa tismalleen, kuinka usein Higgs hajoaa minkäkinlaisiksi hiukkasiksi, mikä niiden energia on, mihin suuntaan ne kulkevat ja kuinka nopeasti. Tarkemmin sanottuna teoria ennustaa vain todennäköisyysjakauman näille suureille: Higgsin hiukkasen energia voi esimerkiksi jakautua hiukkasten kesken eri tavalla eri törmäyksissä. Sen mittaaminen, kuinka usein Higgs hajoaa eri hiukkasiksi on keskeinen tapa arvioida sitä, onko kyseessä todella Standardimallin mukainen Higgsin hiukkanen vai jotain muuta.

Nyt on saatu mitattua viisi erilaista Higgsin hajoamistapaa. Lisäksi on kerätty entistä enemmän dataa siitä, mihin suuntiin hajoamistuotteet lentävät. Tiivis selitys löytyy Jesteriltä ja tarkempi kuvaus Matt Strasslerilta; Tomaso Dorigon lyhyt katsaus on myös selventävä. Lyhyesti sanottuna, kaikki tulokset ovat yhteensopivia sen kanssa, että kyseessä on Standardimallin mukainen Higgsin hiukkanen. Muitakaan merkkejä mistään Standardimallin tuonpuoleisesta ei ole löytynyt.

Löydettyä hiukkasta ei ole vielä virallisesti tunnistettu Higgsin hiukkaseksi, sitä kutsutaan yhä "hiukkaseksi, joka on yhteensopiva Higgsin hiukkasen kanssa". Yhteensopivuus on tällä hetkellä sellaisella tasolla, että useiden ennusteiden tiedetään pitävän paikkansa noin 50% tarkkuudella. Hiukkanen voi siis olla hieman erilainen Standardimallin ennusteista, mutta tuntuu liioitellun varovaiselta olla sanomatta, että kyseessä on jonkinlainen Higgsin hiukkanen. Se, että kyseessä olisikin joku aivan toinen ilmiö, joka kuitenkin näyttää Higgsiltä näin tarkkaan, on epäuskottavaa, joskaan ei kenties vielä järkevän epäilyn ulkopuolella.

Etukäteen oli joitakin odotuksia siitä, että jotain kiinnostavaa voisi löytyä. Erityisesti huomiota oli kiinnitetty siihen, että heinäkuussa esitettyjen tulosten mukaan Higgs hajoaa fotoneiksi noin kaksi kertaa niin usein kuin on ennustettu. Virherajan ollessa noin 50% löytö ei tosin ollut tilastollisesti merkittävä. Pitää myös ottaa huomioon, että kun mittaa useita asioita, on luultavaa, että ainakin yksi niistä on vähän pielessä. Päivitystä tähän kiinnostavaan kysymykseen ei kuitenkaan saatu vielä. LHC:ssä on kaksi Higgsiä tutkivaa koeryhmää, ATLAS ja CMS, ja kummallakin on ollut ongelmia tämän hajoamisen analyysissä. ATLAS-ryhmän tuloksissa Higgsin massa näyttää erilaiselta eri hajoamistavoista mitattuna, ja CMS-ryhmän tuloksissa Higgs hajoaa fotoneiksi paljon odotettua harvemmin. Luultavasti syynä on jotkut ongelmat analyysissä, joten ryhmät haluavat selvittää asian tarkemmin ennen tulosten tuomista julki.

LHC jatkaa Higgsin tutkimista protonitörmäyksillä joulukuulle asti, ja ensi vuoden alussa jatketaan törmäyksiä raskaammilla atomiytimillä. Kiihdytin suljetaan helmikuussa päivitystä varten, tarkoitus on aloittaa uudet törmäykset entistä korkeammalla energialla vuoden 2014 lopulla. Pitkässä tauossa on ainakin se hyvä puoli, että analyysejä ehtii tehdä rauhassa. Seuraava iso päivitys on luvassa maaliskuussa 2013, siinä pitäisi olla mukana kaikki vuoden 2012 mittaukset. Luultavasti kuitenkin koeryhmät ATLAS ja CMS esittävät silloin vielä analyysinsä erikseen. Kesällä pitäisi sitten tulla julki tulokset, missä kaikki data eri kokeista ja eri hajoamistavoista on yhdistetty.

Kommentit (14)

Pentti S. Varis

Erilaisten hiukkasten löytymisen lisäksi toinen avainkysymys, joka periaatteessa voisi johtaa kvanttifysiikan todellisen operointisubstanssin (joka ei ole aika-avaruus) jäljille, on hiukkasten muotoutuminen tarjolla olevasta energiasta ja jostain muusta(mitä se sitten onkin..) määrätyn koon, massan, varauksen, spinin, eliniän jne kantajaksi.

Luulen, että tähän ei vielä ole vastattu eikä edes yritetty vastata fysiikan historiassa.

Jos oletetaan, että hiukkaset ovat matemaattisia (tai sitä lähellä olevia) systeemejä, täytyykö ajatella, että matematiikka (tai vastaava..) täyttää vakuumin ja jotenkin ohjaa energiaa ja muita vakuumin aspekteja ottamaan tiettyjä täsmällisiä ominaisuuksia, hiukkasen ominaisuuksia.

Tämä sinänsä outo ajatus tyhjiössä operoivasta jostakin.., ei ehkä olisi täysin ristiriidassa useimpien matematiikan professorien kannattaman matematiikan platonististyyppisyyden kanssa. Vakuumissa piilevät ja materiaa jäsentävät relaatiot olisivat samoja, joita matemaatikot vangitsevat ajattelullaan.

Leone

Aiheellinen kysymys on, onko hiukkasfysiikka tiedettä vai pseudotiedettä. Ei liene kovinkaan kaukana toisistaan astrologin yritys ennustaa tähtien asemien perusteella ja hiukkasfyysikon yritys ennustaa hiukkasten olemassaoloa valtavan spagettimössön pohjalta.

Syksy Räsänen

Leone:

Hiukkasfysiikan ennusteet eivät perustu spagettimössöön, vaan kvanttikenttäteoriaan. Standardimallin ennusteet uusista hiukkasista ja niiden ominaisuuksista on osittain testattu (onnistuneesti) miljardisosan tarkkuudella. Higgsin suhteen on vielä tarkkuudessa paljon parantamisen varaa.

Syksy Räsänen

Leone:

Myonin magneettisen momentin mittaustarkkuus on tällä hetkellä 0.6 miljardisosaa ja elektronin magneettisen momentin mittaustarkkuus on 0.3 biljoonasosaa.

Leone

Niin siis nuo magneettiset momentit riippuvat hienorakennevakiosta, joka taas ei ole QED:in ennustama asia. Näin ollen mainittu tarkkuus liittyy ilmeisesti hienorakennevakion mittaustarkkuuteen. Ei tuo tarkkuus ole mikään indikaatio stantardimallin nimenomaan ennustusvoimasta.

Syksy Räsänen

Leone:

Olet väärässä. Elektronin ja myonin magneettiset momentit ovat Standardimallin ennustuksia. (Ne toki riippuvat hienorakennevakiosta ja muistakin Standardimallin vakioista.) Jokunen vuosi sitten magneettiseen momenttiin kiinnitettiinkin paljon huomiota, koska vaikutti siltä, että teorian ennusteiden ja havaintojen välillä olisi eroa. Tällä hetkellä merkittävää eroa ei ole.

Leone

Juuri tuota tarkoitin, että spagettimössön tulkinta on hyvinkin subjektiivista. Hiukkasfysiikka ei ole kovinkaan eksakti ala.

Metusalah

Syksy kirjoitti: "Tällä viikolla Kiotossa pidetyssä Hadron Collider Physics Symposium 2012 -kokouksessa julkaistiin LHC-kiihdyttimen uusimmat tulokset."

Kysymykseni saattaa olla epäoleellinen, ja siihen ei tarvitse edes vastata, mutta uteliaisuuttani kysyn: Kuinka usein vuositasolla sinulla on mahdollisuus osallistua näihin kansainvälisiin symposiumeihin? Eläkkeellä olevana valtion virkamiehenä muistan hyvin sen, että meillä vuosittaiset koulutustilaisuudet ja ennen kaikkea niiden saunaillat olivat ammatillisesti parasta antia substanssimielessä, koska niissä "uskallettiin" keskustella kaikista niistä erityiskysymyksistä, joista ei virallisessa tilaisuudessa "kehdattu" julkisesti kysyä.

Syksy Räsänen

Metusalah:

En käy puhtaasti hiukkasfysiikkaan keskittyvissä konferensseissa, ainoastaan kosmologian tai tai hiukkaskosmologian alan tapaamisissa. Tahti riippuu vuodesta, joskus viitisen kertaa vuodessa, joskus ei kertaakaan. Viime aikoina harvemmin, tänä vuonna en ole käynyt konferensseissa ollenkaan.

Pentti S. Varis

Jos joku muu syy kuin havaintoepätarkkuus olisi syynä higgsin erilaisiin hajoamisiin, voisiko se fyysikkojen mielestä olla joku seuraavista:

1. tosiasiassa on olemassa ääretön tai hyvin suuri joukko melkein samanlaisia "higgsejä" (kuten esim. supersäieteorian ratkaisuja)

2. on yksi higgsin bosoni mutta sillä on lukuisia sisäisiä "konformaatioita", jotka vaihtuvat nopeasti toisikseen ja aiheuttavat hieman erilaisen törmäystuotespektrin

3. Erot törmäystapahtumassa modifioivat vakuumia aiheuttaen eron higgsin hajoamiskaaviossa (kuten esim. auringon aktiivisuuserot vaikuttavat ytimien hajoamisaktiivisuuteen maassa, tutkimuksen mukaan)

4. Joku muu syy, mikä?

Eusa

Pentti S. Varis:

Hiukkastulkinta perustuu lähtökohtaisesti makroilmiöihin. Aaltofunktioiden tarkastelu voidaan tehdä ilman hiukkaskäsitteitä lokaalien seisovien aaltojen avulla esim. symmetrisissä 4-monistoissa. Variointi törmäystapahtumissa voi johtua siitä, että massahitaus on seurausta osallistumisesta ympäristön tilaan osana säteilyn ylläpitomekanismia. Silloin massahitaus jakautuu useiden taajuuksien ryppääksi ja sisältää epätarkkuuden. Eli spekulaatioita kyllä löytyy hyvin helpostih kuten jo aloit listata. Oma tuntumani on, että syvempi ymmärrys hitaudesta energian perusmekanismina voisi avata ratkaisua.

Syksy Räsänen

Pentti S. Varis:

Liian aikaista ruveta pohtimaan asiaa, havaintojen analyysi on vielä kesken.

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