Higgsin hiukkasen metsästys on aiheena kaikille avoimessa kollokviossa 2.12.

Tuominiemen mukaan aineen pienimpien osasten ja niiden välisten perusvuorovaikutusten tutkimus on aina ollut fysiikassa tärkeää. Tutkimuksen historia on pitkä ja rikas. Sen tuloksena meillä on kattava teoreettinen kehys, jonka avulla voimme selittää hämmästyttävän hyvin ilmiöitä, joita saamme aikaan suurilla hiukkaskiihdyttimillä törmäyttämällä hiukkasia toisiinsa. Aineen perusrakenteen standardimalli, jota nimitystä aineen tästä teoreettisesta kehyksestä yleisesti käytetään, pohjaa viime vuosikymmenien teoreettiseen tutkimukseen ja laajoihin kokeellisiin tutkimuksiin Cernin protoni-antiprotoni-törmäyttimellä (1981-89), LEP-elektroni-positroni-törmäyttimellä (1989-2000), saksalaisen DESY-laboratorion HERA-elektroni-protoni-törmäyttimellä (1991-2007) sekä yhdysvaltalaisen Fermin kansallisen laboratorion Tevatron-protoni-antiprotoni-törmäyttimellä (1992-).

Standardimalli kuvaa siis hyvin nykylaittein tutkittavissa olevia ilmiöitä. Suuria avoimia kysymyksiä kuitenkin on. Yksi suurimmista on alkeishiukkasten massan alkuperä. Sille on standardimallissa teoreettinen ratkaisu, mutta tätä ei vielä kokeissa ole pystytty varmentamaan. Standardimallissa ns. Higgsin mekanismi on teoria, joka olettaa, että tyhjiön täyttää voimakenttä, jonka kanssa kaikki alkeishiukkaset vuorovaikuttavat ja saavat näin massan. Se selittää, miksi vuorovaikutusten välittäjähiukkasista muilla paitsi fotonilla on massa, eli miten sähköheikon vuorovaikutuksen symmetria rikkoutuu. Higgsin kentälläkin on kvanttinsa, siis välittäjähiukkasensa. Tämän ns. Higgsin bosonin löytyminen olisi todiste Higgsin mekanismin toimivuudesta. Teoria ei anna ennustetta Higgsin hiukkasen massalle, joten sitä on etsitty kaikilla kiihdyttimillä, joita on rakennettu viimeisen neljänkymmenen vuoden aikana

LHC-kokeet tulevat olemaan erittäin vaativia. Törmäytin ja koeasemat on rakennettu hyödyntämällä uusinta tekniikkaa, ja laitteet ovat tämän hetken luonnontieteellisen tutkimuksen suurimmat ja monimutkaisimmat. Monimutkaisuuden hallinnan vaikeudesta kertoo hyvin se, että LHC:n käynnistys syyskuussa keskeytyi ja kokeiden aloittaminen viivästyi, kun yksi sadoista suprajohdemagneettien välisistä teknisesti haastavista suprajohdekaapeleiden hitsauksista petti.

Vaikka Higgsin mekanismi tarjoaa ratkaisun massan arvoitukselle, on jo nyt selvää, että standardimalli ei voi olla lopullinen aineen perusrakenteen fysikaalinen teoria. Teoreetikot ovat jo pitkään tutkineet standardimallin mahdollisia laajennuksia. Tällaisia ovat mm. supersymmetria ja ylimääräiset avaruusulottuvuudet. LHC- kokeissa tutkimme myös, pitävätkö näitten spekulatiivisten teorioiden ennustusteet paikkansa, jolloin pääsemme oikeille jäljille standardimallin laajentamisessa. LHC siis tutkii myös tuntematonta ja viitoittaa tietä entistä perusteellisemmalle aineen ja maailmankaikkeuden rakenteen ymmärtämiselle.

Professori Jorma Tuominiemi, Fysiikan tutkimuslaitos, luennoi Kumpula-kolloviossa 2.12. klo 16.15 aiheesta Higgsin hiukkasen metsästys. Physicumin auditorio D101, Gustaf Hällströmin katu 2. Tervetuloa!

Lisätiedot: Jorma Tuominiemi, (09) 191 50566, jorma.tuominiemi@helsinki.fi

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen, tiedottaja, 191 51042