Kokeessa käytetty LHCb-ilmaisin on yksi jättimäisistä laitteista Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen suurella kiihdyttimellä. Kuva: CERN / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Kokeessa käytetty LHCb-ilmaisin on yksi jättimäisistä laitteista Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen suurella kiihdyttimellä. Kuva: CERN / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Kun tietty kvarkki hajosi törmäyttimessä, syntyi odotettua vähemmän myoni-alkeishiukkasia. Jos tulos ei osoittaudu vääräksi, se viitoittaa hiukkasfysiikan tulevaisuutta.

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus Cernistä kuului viime viikolla kummia. Vuosikymmenen ajan valmisteltu koe tuotti odottamattoman tuloksen.

Kun kokeessa luodut alkeishiukkaset kvarkit hajosivat toisiksi kvarkeiksi, syntyi oheistuotteina odotettu määrä elektroneja ja mutta vähemmän myoneja kuin oli ennustettu.

Havainnon vahvistaminen vaatii vielä lisäkokeita. Jos se osoittautuu oikeaksi, se tarkoittaa, että hiukkasfysiikan nykyistä peruskiveä, standardimallia, täytyy laajentaa.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Hiukkasfysiikan standardimalli on fysiikan teoria, joka kuvastaa maailmankaikkeuden kaikkein pienimpiä rakennuspalikoita, alkeishiukkasia.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Mallia voi hahmottaa ikään kuin hiukkasfysiikan alkuainetaulukkona, joka jakaa alkeishiukkaset kolmeen ryhmään. Niistä ensimmäisessä on kuusi kvarkkia, aineen perushiukkaset.

Näistä kaksi, ylöskvarkki ja alaskvarkki, muodostavat atomien ytimen protonit ja neutronit eli lähes kaiken havaitsemamme aineen.

Muut neljä kvarkkia ovat hyvin epävakaita ja hajoavat sekunnin miljardisosissa. Niinpä niitä voidaan havaita vain Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen suuren hiukkastörmäyttimen (Large Hardon Collider eli LHC) kaltaisissa laitteissa.

Toinen ryhmä ovat leptonit. Niitä ovat tuttu elektroni sekä sen vieraammat sisarukset myoni ja tau. Niihin kaikkiin liittyvät lähes massattomat haamuhiukkaset eli neutriinot.

Arkitodellisuuden kannalta edellä mainituista merkittävimpiä ovat elektronit, jotka ovat ylöskvarkkien ja alaskvarkkien ohella aineen atomien kolmas rakennuspalikka.

Kvarkkien ja leptonin lisäksi standardimallissa on voimia välittäviä hiukkasia eli bosoneita. Nyt saadun tuloksen kannalta bosonit ovat sivuroolissa.

Alkeishiukkasfysiikan standardimalli on teoreettinen, pitkälti laskemalla rakennettu teoria. Sitä on sittemmin testattu useilla eri kokeilla, joissa mallin ennusteiden on kerta toisensa jälkeen havaittu pitävän paikkansa.

Tunnetuin esimerkki tästä oli muille hiukkasille massan antavan Higgsin bosonin löytäminen vuonna 2012, lähes puoli vuosisataa sen ennustamisen jälkeen.

Viime viikolla julkistetussa kokeessa tutkittiin kvarkeista toiseksi painavinta eli pohjakvarkkia.

Pohjakvarkkeja ei ole havaittu ympäristössämme, mutta niitä voidaan luoda törmäyttämällä hiukkasia valtavilla nopeuksilla Cernin 27 kilometrin pituisessa hiukkastörmäyttimessä.

Nyt tehdyssä tutkimuksessa tehtiin juuri näin, uudelleen ja uudelleen.

Törmäyksessä luotu pohjakvarkki pysyy kasassa vain sekunnin biljoonasosan verran, minkä jälkeen se hajoaa. Yleensä tuloksena on lumokvarkki sekä elektroneja ja myoneja tai alkeishiukkasista koostuvia suurempia hiukkasia eli hadroneita.

Noin yhden kerran miljoonasta pohjakvarkki hajoaa kuitenkin outokvarkiksi sekä elektroneiksi tai myoneiksi. Ja juuri näissä äärimmäisen harvinaisissa hajoamisissa näyttäisi olleen jotain outoa.

Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan leptonit ovat ominaisuuksiltaan identtisiä massaa lukuun ottamatta. Näin ollen pohjakvarkin hajoamisessa pitäisi syntyä elektroneja ja myoneja yhtä suurella todennäköisyydellä.

Nyt kuitenkin näyttäisi, että itse asiassa myoneja syntyi paljon elektroneja vähemmän. Tulos on ristiriidassa standardimallin kanssa.

Kokeen rakentamiseen osallistunut Helsingin yliopiston kokeellisen hiukkasfysiikan professori Kenneth √Ėsterberg pit√§√§ tulosta hyvin kiinnostavana. Samalla h√§n kuitenkin kehottaa panemaan j√§it√§ hattuun.

‚ÄĚKokeen tekij√§t pyrkiv√§t tietenkin √§√§rimm√§iseen huolellisuuteen, mutta aina on mahdollista, ett√§ kokeiden analyysissa tai analyysin teoreettisessa l√§ht√∂kohdassa on jokin tekij√§, joka selitt√§√§ tuloksen‚ÄĚ, √Ėsterberg kertoo.

Vaikka tulos olisi oikea, se ei vielä mullistaisi alkeishiukkasfysiikan maailmankuvaa.

‚ÄĚSanoisin, ett√§ se laajentaisi standardimallia. Tai antaisi ainakin suuntaviivoja siit√§, mihin suuntaa standardimallia pit√§isi laajentaa.‚ÄĚ

Tulosta on jo pyritty selitt√§m√§√§n my√∂s teoreettisesti. √Ėsterberg pit√§√§ mahdollisena teoriaa, jonka mukaan hajoamiseen vaikuttaa jokin meille tuntematon hiukkanen, joka on vuorovaikutuksessa hajoavan kvarkin kanssa niin, ett√§ myonien syntyminen muuttuu todenn√§k√∂isemm√§ksi.

Tällainen hiukkanen voisi olla tunnettuja kvarkkeja huomattavasti painavampi leptokvarkki, jolla olisi sekä kvarkin että leptonin ominaisuuksia.

Nykyinen malli ei tällaista hiukkasta ei salli. Näin ollen se tarkoittaisi, että mallia pitää korjata.

Vierailija

Onkohan tuo myoni/elektroni-asia vähän niinqu uusi CP-symmetrian rikkoutuminen vaiko ei?

  • yl√∂s 0
  • alas 0
Stalker
Seuraa 
Viestejä1553

Miksiköhän CERN käyttää beauty, käyttääkö myös truth, vaikka vakiintuneesti käytetään top ja bottom?

  • yl√∂s 0
  • alas 0
Sisältö jatkuu mainoksen alla