Fyysikot sukeltavat tuntemattomaan Higgsin bosonin löytymisen jälkeen
CERNissä tehtävästä tutkimuksesta tuli maailmankuulua viimeistään vuonna 2012, kun Nobelin fysiikanpalkintoon seuraavana vuonna johtanut Higgsin bosoni löydettiin. Samalla hiukkasfysiikan standardimalli täydentyi lopullisesti. Pekkanen ja tuhannet muut fyysikot CERNissä tutkivat nyt ilmiöitä, joihin viisi vuotta sitten saavutettu ymmärrys alkeishiukkasten maailmasta ei riitä.
Vain 15 prosenttia koko tunnetun universumin massasta on näkyvää, loppu on pimeää ainetta, josta tiedämme hyvin vähän. Yhtä sitkeä mysteeri on pimeä energia, joka saa maailmankaikkeuden laajentumaan ja työntää avaruuden kappaleita poispäin toisistaan.
“Samanlaisia avoimia kysymyksiä on edelleen paljon, joten meidän tulee lähteä etsimään vastauksia ja ymmärtää ilmiötä, joita fysiikassa ei edelleenkään osata selittää”, Pekkanen sanoo.
Eräs keino on törmäyttää vetyatomien ytimiä eli protoneita erittäin korkeilla nopeuksilla ja energiamäärillä – ja tutkia, mitä tapahtuu. Pekkanen kollegoineen on tutkinut erityisesti törmäyksissä syntyviä hiukkasryöppyjä. Ryöpyt näet saattavat kätkeä merkkejä täysin uusista hiukkasista.
Ruumiinavauksia miljoonille hiukkasryöpyille
Ryöppyjen hiukkastason tutkimuksesta on muodostumassa oma fysiikan alansa, jota Pekkanen on ollut rakentamassa CERNin Compact Muon Solenoid (CMS) -kokeessa. Siinä tutkijat tallentavat protonien törmäyksiä CERNin Suuressa Hadronitörmäyttimessä ja mittaavat, mitä niissä tapahtuu. Lähes jokaisessa törmäyksessä syntyy hiukkasryöppyjä eli kymmenien kvarkeista koostuvien hiukkasten suihkuja. Tutkijat pyrkivät laskemaan ryöppyjen kokonaisenergiamäärän ja mittaamaan, miten energia jakautuu eri hiukkastyyppien kesken.
Sensorien poimimia tuhansia signaaleja mallinnetaan algoritmien avulla ja törmäyksistä tehdään tietokonesimulaatiota, jotta sensoreita voidaan virittää yhä herkemmiksi.
”Yritämme saada mahdollisimman tarkan kuvan hiukkasryöpyistä. Mittaamme niitä miljoonilla sensoreilla kaksikymmenmetrisessä, 15 tuhannen tonnin mittalaitteessamme. Mitä tarkemmiksi pääsemme mittaustuloksissamme, sitä todennäköisemmin pystymme havaitsemaan uusia hiukkasia”, Pekkanen kertoo.
Hiukkasryöpyt voisivat Pekkasen mukaan olla avain uusien massiivisien hiukkasten löytymiseen. Hän on etsinyt niitä protonien törmäyksistä, joissa syntyy kaksi vastakkaisiin suuntiin syöksyvää hiukkasryöppyä.
“Ne voisivat olla tapahtumia, joissa tuntematon hiukkanen syntyy ja saman tien hajoaa muiksi hiukkasiksi. Olemme analysoineet miljardeja törmäyksiä ja etsineet niistä poikkeavia ja epäjohdonmukaisia ilmiöitä, jotka voisivat olla merkkejä vallankumouksellisista uusista hiukkasista”, Pekkanen selittää.
Pekkanen on tutkimuksessaan käyttänyt korkeinta Suurella Hadronitörmäyttimellä saavutettua törmäysten energiamäärää, 13 teraelektronivolttia. Se on paljon jo yhdelle protonille, noin lentävän hyttysen liike-energiaa vastaava määrä. Kaikkien hiukkaskiihdyttimessä kiitävien protonien yhteenlaskettu energiamäärä riittäisi jumbojetin lentämiseen.
Kokeet jatkuvat, ja vuoden 2022 loppuun mennessä Suurella Hadronitörmäyttimellä pyritään keräämään nykyistä kymmenen kertaa enemmän dataa.
”Toistaiseksi emme ole löytäneet Higgsin bosonista seuraavaa uutta, massiivista hiukkasta. Todennäköisesti tarvitsemme uuden sukupolven hadronitörmäyttimiä ja mittalaitteita, jotta voimme törmäyttää monta kertaa nykyistä suuremmilla energiamäärillä – ja selvittää pitkään arveluttaneet fysiikan mysteerit.”
Juska Pekkanen väitteli Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitokselle 5.12.2017.
Linkki väitöskirjaan: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/28899
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Juska Pekkanen
juska@cern.ch
puh. 050 379 7128
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Kuinka helpottaa tekstin näpyttelyä puhelimella? Tutkijat loivat ensi kertaa ihmisen tekstinsyöttöä simuloivan tekoälymallin18.4.2024 08:45:00 EEST | Tiedote
Malli auttaa ymmärtämään, mitkä tekijät sujuvoittavat ja mitkä puolestaan vaikeuttavat puhelimen näpyttelyä erilaisilla käyttäjäryhmillä.
EMBARGO: Tutkimus selvitti ilmastonmuutoksen vaikutusta tundralla: lämpeneminen voi lisätä hiilen vapautumista hälyttävästi17.4.2024 18:00:00 EEST | Tiedote
Tutkimuksessa havaittiin, että ilman ja maaperän lämpeneminen sekä maaperän kuivuminen lisäsi hiilen vapautumista tundran ekosysteemistä.
Kuivuus on uhka runsaiden vesivarojen Suomessakin16.4.2024 13:15:00 EEST | Tiedote
Suomessa on yhä alhainen riski kuivuudelle, mutta viime vuosikymmenien kuivista kausista on kuitenkin aiheutunut vakavia vaikutuksia etenkin maataloudelle ja vesihuollolle.
Fyysikot onnistuivat selittämään tuntemattoman voiman, joka kiskoo vesipisaroita huippuliukkailla pinnoilla16.4.2024 08:45:00 EEST | Tiedote
Tulokset auttavat kehittämään aiempaa liukkaampia pintoja, jollaisia hyödynnetään esimerkiksi lääketeollisuudessa ja liikenteessä.
EMBARGO 11.4.2024 KLO 13.00: Bioinspiroituja värejä ja olosuhteisiin sopeutuvia materiaaleja – Professori Olli Ikkalan kolmas EU-hanke pohjaa eläviin systeemeihin11.4.2024 13:00:00 EEST | Tiedote
Teknillisen fysiikan professori Olli Ikkala saa inspiraation tutkimukseensa luonnon materiaaleista ja toisinaan myös barokkimusiikista.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme