University of Helsinki
Maailman suurin kiihdytin valmistautuu CERNin historian pisimpään yhtenäiseen ajoon puolentoista vuoden hiljaiselon jälkeen. Ensimmäisenä löytönä ei ehkä olekaan Higgsin bosoni, vaan selitys pimeälle aineelle.
.
Kuva 1: Ensimmäisiä CMS-kokeella havaittuja 2.37 TeV törmäyksiä. (c) CMS
.
CERNin maailmanmaineeseen nostaneen ja viikkoa myöhemmin kuuluun haaveriin päättyneen startin jälkeen LHC ja tämäkin blogi ovat viettäneet ulospäin suhteellista hiljaiseloa. Kulissien takana on kuitenkin tehty valtavasti työtä 27-kilometrisen kiihdyttimen korjaamiseksi sekä ilmaisinten virittämiseksi parhaaseen toimintakuntoon. Ensimmäinen fysiikka-ajo häämöttää kuukauden sisään, ja pressitoimisto on jälleen valmistautunut CERNin paluuseen julkisuuden valokeilaan.
.
Syyskuun haaverin jälkipeli on ollut LHC:lle melkoinen voimankoitos. Paikaltaan liikahtaneita ja viottuneita tonnien painoisia ja viisitoista metriä pitkiä dipoli- ja kvadrupolimagneetteja joutui lopulta korjattavaksi yli viisikymmentä ja varakappaleet menivät käytännössä viimeistä myöten. Ultrapuhdasta tyhjiöputkea oli siivottava noesta ja eristeenpaloista neljä kilometriä. Parannettuja turvajärjestelmiä varten täytyi asentaa 900 uutta venttiiliä, 6500 ilmaisinta ja 250 kilometriä kaapelia.
.
Kuva 2: Yhteenveto LHC-kiihdyttimille syyskuun 2008 haaverin jälkeen tehdyistä korjauksista. (c) CERN
.
Mittaukset paljastivat liitoksissa toisenkin piilevän tyyppivian, jonka kartoittamiseksi tarvittiin muunmuassa 100,000 käsintehtyä mittausta. Kartoituksen perusteella ensimmäisen fysiikka-ajon energiaksi on päätetty 3.5+3.5 TeV, puolet LHC:n tavoite-energiasta. Kaksivuotiseksi suunnitellun ensimmäisen ajon jälkee tarvitaan vielä reilu vuosi lisäkorjauksia, jotta päästään lähelle 7+7 TeV:n tavoitetta.
.
Tällä hetkellä LHC on jo hyvää vauhtia valmistautumassa pitkään fysiikka-ajoon. Ensimmäiset pilottitörmäykset 0.9 TeV:n ja 2.36 TeV:n energioilla tehtiin jo joulukuun alussa, ja jälkimmäinen törmäysenergia vei LHC:n lopultakin ennätysten kirjoihin maailman korkeaenergisimpänä törmäyttimenä. Edellinen ennätys, 1.96 TeV, oli Fermilabin yhä toimivalla Tevatron-kiihdyttimellä Yhdysvalloissa.
.
Kokeet ovat analysoineet viime kuukaudet saamaansa kalibrointidataa kiivaasti. Ensimmäiset julkaisut 0.9 TeV:n datasta tehtiin jo muutaman päivän päästä ensimmäisistä törmäyksistä (ALICE, 1.12.) eikä uusiin 2.36 TeV:n tuloksiinkaan kulunut kauaa (CMS, 7.2.). Melkoinen saavutus, kun jälkimmäisen paperin on allekirjoittanut yli 2400 tutkijaa.
Kuva 3: ALICEN ja CMS:n ensimmäiset tulokset mittasivat törmäyksissä syntyvien varattujen hiukkasten lukumääriä ja energiaa 0.9 TeV:n ja 2.36 TeV:n törmäyksissä. Kuva esittää varattujen hiukkasten keskimääräistä lukumäärää per kulmayksikkö eri kulmilla hiukkassuihkuun nähden. Kohta eta=0 x-akselilla vastaa 90 asteen kulmaa suhteessa törmääviin suihkuihin. (c) CMS
.
Juuri alkaneella talvikonferenssikaudella on luvassa paljon tuloksia LHC-kokeilta, jotka esittelevät kykyään analysoida ensimmäistä dataa. Ainakin CMS-kokeella tilanne vaikuttaa erittäin lupaavalta, sillä koe on jo osoittanut kykynsä käyttää koko ilmaisinta tehokkaasti törmäysten heuristiseen analyysiin. Myös koeasemaa mallintava tietokonesimulaatio on osoittautunut lähes ennennäkemättömän tarkaksi, mikä on erittäin tärkeää datan ymmärtämisen kannalta.
.
Kuva 4: Useita hiukkasryöppyjä tuottanut 2.36 TeV:n törmäys CMS-fyysikoiden käyttämällä Fireworks-ohjelmistolla tarkasteltuna. Vihreät viivat esittävät varattujen hiukkasten ratoja, punaiset ja siniset palkit sähkömagneettisen ja hadronisen kalorimetrin mittaamaa energiaa. Keltaiset kartiot sekä niitä vastaavat palkit esittävät rekonstruoituja hiukkasryöppyjä.
.
Seuraavaksi katseet kääntyvät ICHEP-konferenssiin Pariisissa heinäkuun lopussa. Tähän mennessä koeasemien pitäisi olla viimeisen päälle viritetty ja ensimmäisten standardimallia korkealla energialla testaavien fysiikkatulosten olla tulossa.
.
Jos luonto ja tekniikka sallivat, vuoden loppua kohti voi olla jo ensimmäiset mahdollisuudet murskalöytöihin. Yhdysvaltalainen CDMS-kollaboraatio julkaisi juuri joulun kynnyksellä ensimmäisen mahdollisen vihjeen maapalloa ympäröivästä pimeästä aineesta. Eräs suosituimmista selityksistä pimeälle aineelle ovat massiiviset supersymmetriset hiukkaset, joita LHC:kin odotetaan tuottavan, mikäli niitä on olemassa. CDMS-kokeen tutkimalla energia-alueella ne voisivat hyvinkin olla LHC:n saavutettavissa.
.
.
P.S. Tuo otsikon omstart viittaa (teekkari)spekseissä yleisön usein esittämään toiveeseen saada nähdä äskeiset tapahtumat uudestaan muunneltuina.
