CERN:in toiminnan huipennus: Large Hadron Collider valmistuu kesällä 2007

[OlaviVirta]

Aivan, Higgsin hiukkasen vuorovaikutuksen voimakkuus kunkin muun hiukkasen kanssa on verrannollinen kyseisen hiukkasen massaan. Koska fotoni on massaton, niin Higgs ei suoraan vuorovaikuta fotonin kanssa. Mutta Higgs vuorovaikuttaa muiden hiukkasten (esim top-kvarkin ja W-bosonin) kanssa, jotka puolestaan ovat sähköisesti varattuja ja siten vuorovaikuttavat fotonin kanssa. Tällä tavalla myös Higgsin ja fotonin välille syntyy välillisesti vuorovaikutus. Tämä vuorovaikutus itseasiassa oli erittäin tärkeässä roolissa Higgsin löytämisessä, sillä tilastollisesti merkittävin havainto saatiin juuri sellaisista tapahtumista joissa Higgs oli hajonnut kahdeksi fotoniksi.

Erinomaista! Pakkotoistoa lukemalla oppii hiukkasfysiikastakin:thumbs:

Standardimalli on nyt Higgsin löytymisen jälkeen "valmis", eli kaikki sen sisältämät hiukkaset on havaittu. Toki vielä pitää selvittää, ovatko Higgsin hiukkasen vuorovaikutukset ja muut ominaisuudet juuri sellaisia kuin standardimallissa, vai onko kyseessä jollakin tapaa erilainen Higgsin hiukkanen. Mikäli jotain poikkeavuutta löytyy, niin se viittaa siihen, että standardimallia pitää jollain tapaa laajentaa, sillä standardimalli itsessään kiinnittää kaikki Higgsin hiukkasen ominaisuudet kunhan sen massa tiedetään. Tällä hetkellä näyttää hieman siltä, kuin Higgsin vuorovaikutus fotonin kanssa olisi hieman odotettua suurempi, mutta tämän selvittämiseen tarvitaan vielä paljon paljon lisää dataa.

Näyttää siis siltä, että standardimalli on nyt kokeellisesti vahvistettu. Mitä mieltä olet fysiikan historiallisessa viitekehyksessä tästä että standardimalli saadaan (vielä pieni ehkä) nyt vahvistettua? Neljättä perusvuorovaikutusta tuohon ei olla saatu yhdistettyä ja millähän superlatiivilla sitä sitten mahdollisesti kutsutaan jos Higgsin bosoni oli jo "god particle" :D
Maallikon silmin tämä Higgsin hiukkasen löytyminen oli yksi kokeellisen fysiikan hienoimpia saavutuksia. Tietenkin Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian vahvistamisessa kokeellisesti oli omat haasteensa, sitä sopivaa auringonpimennystä piti kait metsästää vuosia, oli ensimmäistä maailmansotaa jolloin jonkin tutkimusryhmän laitteet takavarikoitiin Venäjän(?) toimesta jne. Mutta tämä LHC'n datamaarä ja analysointi on jotain ihan omaansa. Heillä on täytynyt kehittää jotain aivan erinomaista liittyen data-analysointiin. Atlas-kiihdyttimen tutkimusryhmän johtaja (kääntyykö tieteessä spoksesperson noin?) kertoi että uusia ja tarkempia tuloksia tulee vielä tämän kesän aikana.

Samaan aikaan jatkuvasti etsitään muita uusia hiukkasia, muun muassa supersymmetrian ennustamia sellaisia. Toistaiseksi mitään ei ole löytynyt, ja alkaakin näyttää siltä että supersymmetria yksinkertaisimmassa muodossaan ei voi toteutua. Kaikki tietysti toivovat että LHC löytäisi jotain viitteitä standardimallin ulkopuolisesta fysiikasta. Joka tapauksessa tiedetään, että täytyy olla olemassa jotain muitakin hiukkasia kuin ne jotka standardimalli sisältää, sillä mikään standardimallin hiukkasista ei voi olla niin kutsuttu "WIMP", eli pimeän aineen hiukkanen. Näistä hiukkasista uskotaan koostuvan valtaosa kaikesta maailmankaikkeuden massasta.

Pimeästä aineesta, ilmeisesti pimeän aineen tutkimus on vielä pahasti vaiheessa. Pimeälle aineelle lienee vielä monta mahdollista ehdokasta? Ilmeisesti LHC'n supersymmetria-tutkimukset taklaavat tuohon pimeän aineen löytämiseen. Atlas- ja CMS-tutkimusaseminen skoopissa molemmilla näyttää olevan sama agenda. Higgsin bosoni ja täydentävät teoriat (supersymmetria ja säieteoria). Kosmologialla lienee myös roolinsa pimeän aineen tutkimisessa? Kemiallisille tajunnanlaajentajille ei ole eritysitä tarvetta kun pohtii pimeää ainetta ja pimeää energia, jos maailmankaikkeuden aineesta lähes 3/4 on semmoista, mistä ei ole mitään käryä :D
Vieno veikkaukseni on että fyysikoille, matemaatikoille ja kosmologeille on töitä vielä muutamaksi sadaksi vuodeksi...

 

[Mattih3]

Näyttää siis siltä, että standardimalli on nyt kokeellisesti vahvistettu. Mitä mieltä olet fysiikan historiallisessa viitekehyksessä tästä että standardimalli saadaan (vielä pieni ehkä) nyt vahvistettua?

Onhan tämä tietysti erittäin hieno saavutus, ja tavallaan päättää yhden aikakauden hiukkasfysiikassa. Standardimalli kehitettiin 70-luvun alussa ja nyt viimeinenkin sen ennustama hiukkanen on löydetty. Samalla tuo malli on ennustanut täsmälleen oikein oleellisesti kaiken, mitä hiukkasfysiikan kokeissa on näiden neljänkymmenen vuoden aikana havaittu. Toisaalta kuitenkin tiedetään, ettei se voi olla koko totuus (mm pimeä aine), joten seuraavaksi on etsittävä fysiikkaa standardimallin ulkopuolelta.

Pimeästä aineesta, ilmeisesti pimeän aineen tutkimus on vielä pahasti vaiheessa. Pimeälle aineelle lienee vielä monta mahdollista ehdokasta? Ilmeisesti LHC'n supersymmetria-tutkimukset taklaavat tuohon pimeän aineen löytämiseen.

Kyllä, teoreetikot ovat kokeellisen datan puuttuessa kehitelleet valtavan määrän erilaisia malleja jotka voisivat selittää pimeän aineen. LHC:n lisäksi pimeää ainetta etsitään monissa muissa kokeissa, jotka on rakennettu varta vasten tätä tarkoitusta varten. Osa kokeista pyrkii havaitsemaan pimeän aineen hiukkaset suoraan, kun ne osuvat hiukkasilmaisimiin, ja osa taas pyrkii havaitsemaan pimeän aineen hiukkasten hajoamisesta tai annihilaatiosta syntyneitä hajoamistuotteita. Viimevuosina jotkin näistä kokeista ovat ilmoittaneet näkevänsä jotain, joka saattaisi olla signaali pimeästä aineesta, mutta taas osa kokeista ei näe mitään. Tilanne on siis melko epäselvä tällä hetkellä, mutta on hyvinkin mahdollista että asiaan saadaan parempaa selvyyttä jo muutaman vuoden kuluessa.

 

[Paletaani]

Kiotossa pidetyssä kokouksessa on nyt ilmeisesti julkistettu vähän lisää dataa:

New Higgs results bring relief—and disappointment

Näyttää yhä vahvemmin siltä että kyseinen hiukkanen todella on Higgsin bosoni ja että se käyttäytyy niin kuin on ennustettukin.

Mattih3, kertoisitko lisää?

 

[Mattih3]

En ole ehtinyt näihin uusiin tuloksiin vielä ihan perusteellisesti perehtyä, mutta päätulos on se, että tulokset näyttävät oleellisilta osin samanlaiselta kuin kesällä julkaistut, ja itse ainakin olen hyvin varma että kyseessä todellakin on Higgsin bosoni. Sitä ei voida edelleenkään sanoa, että onko se kaikilta ominaisuuksiltaan juuri sellainen kuin standardimalli ennustaa, mutta ei siinä ainakaan mitään valtavan suuria eroja näyttäisi olevan.

Nyt ei vielä julkaistu uutta dataa tuosta tärkeimmästä havaintokanavasta, eli siitä missä Higgsin hiukkanen hajoaa kahdeksi fotoniksi. Tästä kuultaneen lisää lähiaikoina. Edelleenkään mitään havaintoja standardimallin ulkopuolisesta fysiikasta, esim supersymmetriasta, ei ole löydetty, ja tämä on tietysti useimpien tutkijoiden mielestä pettymys.