Ollako vai ei?

Kas siinä kysymys Higgsin bosonille, joka ehkä ratkeaa pian. CERN on ilmoittanut pitävänsä seminaarin Higgs-jahdin uusista tuloksista keskiviikkona 4. heinäkuuta klo 10 Suomen aikaa. Ennakkolaskelmien mukaan dataa pitäisi nyt olla kasassa riittävästi, jotta viime vuonna saatu mahdollinen vihje Higgsin bosonista voidaan joko vahvistaa tai kumota.

Ilmoitettu seminaariajankohta osuu yksiin Melbournessa, Australiassa alkavan merkittävän hiukkasfysiikan konferenssin ICHEP:in kanssa. Konferenssissa esitellään LHC:n tämän vuoden ajojen tärkeimpiä tuloksia, joille Higgs-seminaari toimii alkusoittona (suora lähetys: webcast.cern.ch).

Datan keruu ICHEP-konferenssia varten päättyi vasta maanantaina 18. kesäkuuta, joten hiukkasfyysikot paahtavat nyt yötä päivää datan analysoinnin parissa. Dataa kertyikin mukavasti, hieman yli 6/fb, joka on karvan verran enemmän kuin viime vuonna. Törmäysten energiaa on myös nostettu 7 TeV:stä 8 TeV:iin, jonka pitäisi myös lisätä mahdollisen Higgsin bosonin tuottoa 20–30%.

Vuosina 2010, 2011 ja 2012 kerätty datamäärä. Yksi fb-1 vastaa lähes 100 triljoonaa protoni-protonitörmäystä.

Hiukkasfyysikot ovat siis syystäkin innolla odottamassa uusia tuloksia. Uusi data vastaa määrältään pitkälti viimevuotista, joten siitä saatavat tulokset ovat suoraan vertailukelpoisia aiempiin.

Aiempien ennusteiden (CMS, ATLAS) perusteella yhdistämällä vuosien 2011 ja 2012 data voidaan joko päästä melko lähelle viiden sigman rajaa, joka on alalla perinteinen standardi uusille löydöille, tai rajata Higgsin bosoni 95% todennäköisyydellä pois koko odotetulta massa-alueelta.

Ennuste Higgsin signaalin merkittävyydelle massan funktiona. Vuosien 2011 (5 fb-1, 7 TeV) ja 2012 (5 fb-1, 8 TeV) yhdistelmä on suunnilleen punaisten viivojen puolivälissä.

Kuinka viikon päästä sitten käy, riippuu sekä fyysikoiden kovasta työstä analyysien herkkyyden parantamiseksi että tilastollisten vaihteluiden takia puhtaasta tuurista. Huonolla onnella bosonin olemassaolo voi jäädä yhä mysteeriksi, kun taas hyvällä onnella jahti voi jo ratketa odotettua aiemmin.

Mitä Higgsin löytymisestä tai löytymättä jäämisestä sitten voi seurata? Mikäli Higgsiä ei löydy koko haetulta massa-alueelta, joutaa iso osa viime vuosikymmenten teoreettisesta työstä romukoppaan, ja teoreetikot pääsevät aloittamaan puhtaalta pöydältä. Kokeilijat taas jatkavat etsintöjä muista uusista hiukkasista, jotka voisivat korvata Higgsin bosonin.

Jos taas viime vuonna tehdyt havainnot vahvistuvat todelliseksi löydöksi, alkaa tarkempi selvitystyö löydetyn hiukkasen ominaisuuksista. Higgsin bosonin ennustavia teorioita on standardimallin lisäksi useita muitakin, joten aivan heti Higgsin identiteetti ei selvinne. Osa teorioista ennustaa myös useita Higgsin bosoneita sekä muita hiukkasia, joiden jahtaamista kokeilijat jatkavat.

Lisää netissä: Teoreettinen fyysikko Syksy Räsänen blogaa Tiede-lehdessä, jonka uusimmassa numerossa kerrotaan myös Higgsin bosonin etsinnöistä.