Lento CERNiin lähtee muutaman päivän päästä ja huomenna pitäisi jo alkaa pakata muuttoa varten. Mikäpä siis mainiompi aika aloittaa uusi blogi 🙂 Seuraavien vuosien suunnitelma on selvä: muutetaan Geneveen, löydetään kauan etsitty Higgsin bosoni LHC-kiihdyttimen CMS-koeasemalla ja voitetaan Nobelin palkinto (yhdessä 6000 muun fyysikon kanssa).
Jotta en karkaa liian nopeasti eteenpäin, niin taustoitetaanpa hieman. CERN (Conceil Europeen pour la Recherche Nucleaire) eli Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus on 20 jäsenmaan (Suomi mukaanlukien) yhteisesti rahoittama laboratorio Genevessä Ranskan ja Sveitsin rajalla. Se on yksi maailman suurimmista ja arvostetuimmista laboratorioista ja keskittyy aineen rakenteen tutkimiseen. 1950-luvulta periytyvästä nimestään huolimatta CERN ei juurikaan tee ydinfysiikkaa, vaan tutkimuskohteena ovat nykyään atomiytimiä paljon pienemmät alkeishiukkaset ja perusteorioihin liittyvät ongelmat.
Tänä kesänä CERNiin valmistuu maailman suurin hiukkaskiihdytin, LHC (Large Hadron Collider) eli Suuri Hadronitörmäytin. Suuri on tässä yhteydessä hyvinkin perusteltu sana, sillä kiihdytin on 27 kilometriä pitkä rengas, joka on sijoitettu tunneliin sata metriä maan alle. Kiihdyttimen nimessä esiintyvät hadronit ovat kvarkeista muodostuvia hiukkasia, joihin kuuluvat muun muassa protonit, neutronit, atomiytimet sekä sadat erilaiset mesonit ja baryonit, joita voidaan tuottaa hiukkaskiihdyttimillä. Alkuvaiheessa LHC törmäyttää protoneita eli vetyatomin ytimiä, mutta myöhemmin voidaan törmäyttää myös raskaampia atomiytimiä kuten lyijyä tai kultaa.
Kiihdyttimellä tuotettavia korkea-energisiä törmäyksiä havainnoidaan neljällä koeasemalla: suurilla yleiskäyttöisillä ilmaisimilla CMS (Compact Muon Solenoid) ja Atlas (A Toroidal LHC Apparatus, mutta myös mytologian jätti), raskasydintörmäyksiin suunnitellulla ilmaisimella Alice (anglosaksinen versio Ihmemaan sankarista Liisasta) sekä b-kvarkkien fysiikkaan tarkoitetulla LHCb-ilmaisimella. Itse aloitan työni CMS-kokeessa, jossa työskentelee myös parikymmentä muuta suomalaista tutkijaa Fysiikan tutkimuslaitokselta. Kaikenkaikkiaan CMS-kokeessa on mukana yli 3000 tutkijaa 180 yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta. Atlas-kokeessa on vastaava määrä tutkijoita, mutta Alice ja LHCb ovat hieman pienempiä.
LHC-kokeiden päätavoite on löytää hiukkasfysiikan Graalin malja, jo yli kaksikymmentä vuotta etsitty Higgsin bosoni. Se on hiukkasfysiikan niin kutsutun standardimallin viimeinen puuttuva palanen. Standardimallin mukaan tyhjäkään ei ole tyhjää, vaan avaruuden täyttää Higgsin kenttä. Higgsin bosoni on Higgsin kentän ilmentymä, joka voidaan havaita hiukkasena kuten fotoni voidaan havaita sähkömagneettisen kentän “valohiukkasena”. Higgsin kenttää taas tarvitaan selittämään alkeishiukkasten kuten elektronien ja kvarkkien havaittu massa.
Kuva: Simuloitu Higgsin bosonin hajoaminen CMS-kokeessa.
Kaikki, etenkään teoreetikot itse, eivät ole täysin vakuuttuneita, että standardimallin kuvaama Higgsin kenttä on olemassa sellaisenaan. Niinpä kilpailevia teorioita ja ennustuksia riittää: säieteoria, supersymmetria, ylimääräiset avaruusulottuvuudet, mikroskooppiset mustat aukot… Meidän kokeellisten hiukkasfyysikkojen tehtävänä on analysoida LHC:n protoni-protonitärmäyksistä kerätty data huolellisesti ja tehdä omat päätelmämme. Se onkin tutkimuksen jännittävin osa: astumme ennen kartoittamattomalle energialueelle, jossa voi tapahtua jotain aivan odottamatonta. Kyseessä ei olisi ensimmäinen kerta, kun uuden alueen tutkiminen tuo odottamattoman löydön, joka vie tiedettä aimo harppauksen eteenpäin. Mukana on siis myös mukava ripaus löytöretkeilijähenkeä.
Mutta nyt takaisin matkavalmisteluihin. Ensi viikolla olen jo CERNissä, jossa en ole käynyt yli neljään vuoteen, joten tutkittavaa (ja kuvattavaa sekä kirjoitettavaa) varmaan riittää. Viikon päästä CERNissä on avoimien ovien päivä ja ainutkertainen tilaisuus päästä tutustumaan LHC-kiihdyttimen tunneliin ennenkuin koe käynnistyy. Kiihdytin on aivan syystä sadan metrin syvyydessä, joten kokeiden ollessa käynnissä tunneliin ei ole enää menemistä säteilyvaaran takia. Ehkäpä tapaan myös jonkun vanhan kollegan, joka voisi kertoa tänne viimeisimmistä kuulumisista CERNissä.
University of Helsinki
