Higgsin hiukkasesta vahvoja todisteita

4.7.12

Tänään julkistettujen tulosten mukaan Cernin LHC-hiukkaskiihdyttimen CMS-kokeen tutkijat ovat löytäneet uuden hiukkasen, jonka massa 125 GeV vastaa Higgsin hiukkasen ennustetta. Löytyessään hiukkanen täydentäisi hiukkasfysiikan standardimallin, joka käsittelee kattavimmin maailmankaikkeuden ainetta ja luonnonvoimia. Higgsin hiukkasen olemassaolon varmistamiseksi on vielä tehtävä lisäkokeita.

”Ensi silmäykseltä tulokset näyttävät vakuuttavilta, mutta varmuudella emme vielä tiedä”, CMS-kokeessa työskennellyt, Helsingin yliopiston fysiikan tutkimuslaitoksen professori Paula Eerola kertoo. Lopullinen läpimurto on lähellä.

”Tulokset tarkentuvat koko ajan ja sataprosenttinen varmuus on mahdollista saada”, Eerola lupailee. Hiukkanen on viimeinen puuttuva pala standardimallissa, ja sitä on etsitty hiukkaskiihdyttimissä yli kaksikymmentä vuotta.

Cern on Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus ja sijaitsee Ranskan ja Sveitsin rajalla. Suomi kuuluu organisaation kahteenkymmeneen eurooppalaiseen jäsenvaltioon. Suomen Akatemia huolehtii kansallisesta jäsenmaksusta ja toimii hallinnollisena yhteystahona.

Osallistumista CMS-kokeeseen koordinoi Fysiikan tutkimuslaitos, joka on Helsingin yliopiston, Jyväskylän yliopiston, Lappeenrannan teknillisen yliopiston, Tampereen teknillisen yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteinen tutkimuslaitos.

Hiukkanen antaa aineelle massan

Higgsin hiukkanen on atomin ytimessä sijaitseva bosoni, joka teorian luojan Peter Higgsin mukaan antaa aineelle massan. Teorian mukaan kaikkeutta ympäröi voimakenttä, joka vastustaa hiukkasten liikettä, aiheuttaen niiden massan. Higgsin hiukkanen toimii kentän välittäjähiukkasena.

Higgsin kenttä on kuin kaiken ympäröivä valtameri, jossa vikkelää uivat kalat ovat pienimassaisia hiukkasia ja kömpelösti uiva ihminen raskas hiukkanen. Mallin mukaisesti massa, eli Higgsin kenttä pyrkii vastustamaan liiketilan muutoksia. Vesimolekyylit, joista meri muodostuu kuvastavat etsittyä Higgsin hiukkasta.

Hiukkasta etsitään törmäyttämällä kaksi protonia hiukkaskiihdyttimessä. Bosoni on olemassa vain häviävän pienen hetken ajan ja se on hyvin vaikea havaita. ”Etsiminen on kuin yrittäisi löytää neulaa heinäsuovasta. Massa-alue, jolla Higgsin hiukkanen sijaitsee, on hyvin laaja verrattuna muihin alkeishiukkasiin. Tutkijoiden on vaikea tietää mistä aloittaa etsiminen”, Eerola kuvailee.

Aikaisemmat tutkimustulokset mahdollistavat Higgsin hiukkasen haarukoimisen tietylle massa-alueelle ja tämänpäiväisissä tuloksissa hiukkaselle annetaan massaksi noin 125 gigaelektronivolttia(GeV). ”Sattuman mahdollisuus on pieni. Olemme tänä vuonna saaneet enemmän dataa kuin viime vuonna yhteensä ja tutkimuksen intensiteetti on ollut suurta”, Eerola kertoo.

Professori Paula Eerola on mukana etsimässä Higgsin hiukkasta. Taustalla Cernin LHC-hiukkaskiihdytin.

Hyviä tuloksia eurooppalaisella yhteistyöllä

Higgsin teorian mukaan hiukkasia on oltava ainakin yksi, mutta mikään ei estä useamman olemassaoloa. ”Voimme sanoa, että olemme löytäneet alkeishiukkasen, mutta emme voi sanoa onko se Higgsin hiukkanen. On mahdollista, että löytynyt on yksi useista Higgsin hiukkasista.”

Jos löytynyt hiukkanen todella on Higgsin bosoni, mitään mullistavaa ei Eerolan mukaan tapahdu. ”Kyseessä ei ole tieteellisen paradigman muutos, kuten vaikka suhteellisuusteorian tapauksessa. Suurempi tieteellinen mullistus olisi, jos löydetty hiukkanen ei olisi Higgsin, vaan jokin muu.” Suomalainen tutkimusryhmä etsiikin tällä hetkellä vielä eksoottisempaa, varautunutta Higgsin bosonia.

Higgsin hiukkasen tutkimuksessa saavutetut hyvät tulokset ovat eurooppalaisen yhteistyön ja pitkäaikaisen sitoutumisen ansiota. LHC-hiukkaskiihdytin on osa eurooppalaista tutkimusinfrastruktuuria, joka mahdollistaa korkealaatuisen, maailmanluokan tutkimuksen tekemisen.

Tämänpäiväinen julkistus on vasta alkua uudelle hiukkasfysiikan tutkimukselle ja merkittävä askel kohti luonnon parempaa ymmärtämistä. ”Onhan tämä aika epätavallinen työpäivä, ei tällaista joka päivä tapahdu!” Eerola naurahtaa.

Lue Helsingin yliopiston tiedote aiheesta.

Lisätietoja Cernin kotisivuilta.

Teksti ja kuva: Juho Karjalainen