Teoria ja todellisuus kulkevat nyt käsi kädessä.

Kauan kaivattu higgs löytyi tutkimuskeskus Cernissä 2012. Se tuotti 2013 nobelin kahdelle tutkijalle, jotka päättelivät hiukkasen olemassaolon jo 1960- luvulla. Toinen heistä on brittimatemaatikko Peter Higgs.

Kirjan nimi Maailmanlopun hiukkanen juontuu siitä, että higgs on selitysten päätepisteessä. Se oli niin sanotun standardimallin puuttuva palanen. Juuri higgsin takia Cerniin rakennettiin maailman suurin ja kallein kone, seitsemän miljardia euroa maksanut LHC-kiihdytin.

Yksinkertainen menetelmä

Standardimalli kertoo, mistä aine rakentuu ja kuinka perusvoimat toimivat. Hieno teoria on testattu monin kokein. Sen edellyttämät kvarkit ovat putkahtaneet esiin yksi toisensa jälkeen. Yhdestä kohtaa kiikasti pitkään: higgs pysyi piilossa.

Standardimallin monet hiukkaset olisivat kuitenkin massattomia, ellei higgsiä olisi. Massattomat elektronit liikkuisivat valon nopeutta, eivätkä atomit pysyisi koossa. Ilmiselvästi näin ei ole.

Higgsin löydyttyä todellisuus ja teoria kulkevat käsi kädessä. ”Higgsin bosoni saa kirjaimellisesti maailman kukoistamaan”, kirjoittaa teoksessaan Sean Carroll, Kalifornian teknisessä yliopistossa työskentelevä fyysikko ja kosmologi.

Löydön resepti oli simppeli:
1. Tee higgsejä. 2. Havaitse hiukkasia, joiksi ne hajoavat. 3. Varmista, että hajoamistuotteet todella ovat peräisin higgsistä.

Käytäntö oli vaativampi. Kiihdyttimen piti olla järeä, että raskaita higgsejä voi syntyä. Koska ne hajoavat oitis, niitä ei ikinä nähdä suoraan. Hajoamisjälkiä analysoitiin Cernissä kahdella valtavalla ilmaisimella – kahdella, jotta ne varmistaisivat toistensa löydöt. Työryhmiin kuului yli 3 000 fyysikkoa, jotka olivat 170 tutkimuslaitoksesta ja 38 maasta. Maailma olisi parempi paikka, jos YK toimisi kuin Cern, on muuan fyysikko sanonut.

Näin tiedettä tehdään

Carroll valottaa teoksessaan hienosti, kuinka tiedettä tehdään. Lukija aistii aidon innon ymmärtämiseen. ”Maailmankaikkeudessa on eräs valloittava piirre: siinä on järkeä.”

Higgsjahti kulkee jännittävänä, ja tarkoin paneudutaan myös teoriapohjaan. Paikoin turhankin tarkoin, mutta yksityiskohdissa saa tekijän luvalla harppoa. Tuukka Perhoniemi suomentaa pätevästi.

Standardimalli on mainio vaan ei lopullinen ratkaisu. Tästä todistavat avaruuden pimeä aine ja universumin laajenemista kiihdyttävä pimeä energia. Carroll ounastelee pimeän aineen löytyvän lähivuosina. Ehdokkaita ovat wimpeiksi ja aksoneiksi nimetyt hiukkaset, jotka yllättäen ovat sukua higgsille.

Iso aukko on sekin, että kvanttimekaniikka ja gravitaatio eivät istu yksiin. Ratkaisu voi olla supersymmetria, jonka ennustamia hiukkasia lisätehoa saanut LHC ehkä tuottaa. Elämme edelleen jännittäviä aikoja.

Tuula Koukku on eläkkeellä oleva päätoimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2015

Maailmanlopun hiukkanen. Sean Carroll, suom. Tuukka Perhoniemi, Tähtitieteellinen yhdistys Ursa 2015. 345 s., 39 €.