Fyysikot sukeltavat tuntemattomaan Higgsin bosonin löytymisen jälkeen
8.12.2017 12:31:29 EET | Aalto-yliopisto | Tiedote

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 16 000 opiskelijaa ja 5 200 työntekijää, joista 446 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
Kutsu: Opiskelijoiden projekteista syntyy patentteja ja startupeja – tuotekehityskurssin loppugaala esittelee ratkaisut aitoihin haasteisiin23.4.2026 09:45:00 EEST | Kutsu
Aalto-yliopiston huippusuositulla tuotekehityskurssilla opiskelijat kehittävät luovia ratkaisuja yritysten antamiin aitoihin haasteisiin. Jo 30 vuoden ajan järjestetyllä kurssilla kehitetyistä prototyypeistä on syntynyt myös lukuisia patentteja ja startupeja. Tänä vuonna opiskelijat kehittivät ratkaisuja muun muassa teho-osastoille, laivojen ohjaamoihin ja rakennustyömaille.
Tutkimus paljastaa, missä näätä, kärppä ja lumikko viihtyvät – elinympäristöt kartoitettiin ensimmäistä kertaa koko Suomessa15.4.2026 07:30:00 EEST | Tiedote
Näädän, kärpän ja lumikon kannat ovat kutistuneet merkittävästi eri puolilla Suomea viime vuosikymmenten aikana. Sillä voi olla vaikutusta peto-saalis-suhteisiin ja laajemmin metsiin ekosysteeminä. Tuore tutkimus antaa nyt eläinten suojelulle arvokasta tietoa siitä, millaisissa elinympäristöissä näätäeläimet parhaiten menestyvät.
Uuvuttaako puhelimen selailu? Tekoälymalli simuloi nyt fyysistä ponnistelua14.4.2026 07:30:00 EEST | Tiedote
Älypuhelinten keräämät lokit kertovat, mitä kohtia näytöstä käyttäjät napauttavat ja pyyhkäisevät. Nyt tutkijat ovat kehittäneet tekoälymallin, joka simuloi näihin liikkeisiin liittyvää tuki- ja liikuntaelimistön rasitusta.
Ennätyksellinen fotoniikan keksintö vangitsee valon sirulle miljooniksi kierroksiksi13.4.2026 13:15:00 EEST | Tiedote
Uusi löydös avaa tien kohti nopeampia ja energiatehokkaampia siruja, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi fotoniikka- ja kvanttilaitteiden rakennusmateriaalina.
Kutsu: Datatalouden näkymätön puoli keskusteluun YHYS Politiikkadialogissa9.4.2026 10:15:00 EEST | Kutsu
Ajankohtainen ja kriittinen teema nousee esiin torstaina 23. huhtikuuta Otaniemessä. Tervetuloa kuulemaan datapilvien resurssinälästä, kriittisistä mineraaleista poliittisina pelinappuloina ja datatalouden näkymättömästä työstä.
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
