Väitöstutkija jahtasi merkkejä uudenlaisista Higgsin hiukkasista maailman suurimmalla hiukkastörmäyttimellä
Hiukkasfysiikasta väittelevä Santeri Laurila etsii LHC-hiukkastörmäyttimen datasta Higgsin bosonin sukulaishiukkasia. Ennätyksellisen suuri törmäysenergia ja kehittyneet analyysimenetelmät mahdollistavat entistä paremman etsintätarkkuuden.
Vuonna 2012 Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa Cernissä tehtiin historiaa, kun tutkijat ilmoittivat havainneensa uuden alkeishiukkasen. Kyseessä oli Higgsin bosoni, jota oli etsitty lähes 50 vuotta. Uusien hiukkasten metsästäminen jatkuu Cernissä edelleen. Monet teoreettiset fyysikot ovat esittäneet, että Higgsin bosoneita voi olla useita erilaisia. Näistä Higgsin bosonin sukulaishiukkasista etsitään nyt merkkejä maailman suurimmalla ja tehokkaimmalla LHC-kiihdyttimellä.
Diplomi-insinööri Santeri Laurila puolustaa perjantaina 18.10. väitöskirjaansa, jossa LHC-kiihdyttimen tuoreesta datasta etsitään merkkejä sähkövarauksellisista Higgsin bosoneista.
– LHC-törmäyttimellä voimme tutkia luontoa energia-alueella, johon ihmiskunnalla ei ole koskaan aiemmin ollut pääsyä, Laurila sanoo.
Kun törmäysenergiaa kasvatetaan, todennköisyys Higgsin bosonien syntymiselle kasvaa. Tämä pätee myös sähkövarauksellisiin Higgsin bosoneihin, jos niitä on olemassa. Laurilan väitöstutkimuksessa sähkövarauksellisia Higgsin bosoneita etsitäänkin ennätyksellisen suurienergisistä törmäyksistä.
Tutkimuksen tulokset julkaistiin kansainvälisen tutkijaryhmän yhteisenä artikkelina arvostetussa Journal of High Energy Physics -lehdessä kesällä 2019. Todisteita sähkövarauksellisten Higgsin bosonien olemassaolosta ei saatu, mutta tulokset jättävät tilaa mahdollisuudelle, että etsitty signaali nousisi näkyviin, kun tulevaisuudessa analysoidaan suurempi määrä dataa.
– Kokeellisessa tutkimuksessa parasta on se, ettei sen tuloksia voi ennustaa etukäteen, Laurila toteaa.
Vuonna 2012 löydetty Higgsin hiukkanen oli niin kutsutun hiukkasfysiikan standardimallin viimeinen puuttuva palanen. Standardimallin ajatellaan olevan osa laajempaa, toistaiseksi tuntematonta teoriaa. Monet luonnokset tällaisesta teoriasta sisältävät sähkövarauksellisia Higgsin bosoneita, joten niiden löytyminen viitoittaisi tietä kohti laajempaa teoriaa.
Energia muuttuu aineeksi
LHC-törmäytin sijaitsee 27 kilometrin ympyrätunnelissa Geneven lähellä. LHC:ssa protoneita, eli vetyoatomien ytimiä, kiihdytetään tyhjiöputkissa hyvin lähelle valonnopeutta. Vastakkaisiin suuntiin kulkevat protonisuihkut ohjataan törmäämään toisiinsa. Törmäyksessä vapautuvasta energiasta voi syntyä uusia hiukkasia, kuten Higgsin bosoneita. Tätä energian muuttumista massaksi kuvaa Einsteinin kuuluisa yhtälö E=mc2.
Suomalaiset tutkijat ovat mukana törmäyksiä mittaavassa CMS-kokeessa, jolla kerättiin myös Laurilan käyttämä data. CMS on kerrostalon kokoinen koelaitteisto, joka mittaa törmäyksissä syntyvneiden hiukkasten aiheuttamia signaaleja. Suomen osuutta Cernin kokeissa koordinoi Fysiikan tutkimuslaitos HIP.
Koneoppimisesta tehoa data-analyysiin
Väitöskirjassa analysoitu data kerättiin vuoden 2016 kokeissa. Sen jälkeen uutta dataa on kerätty kolminkertainen määrä. Uuden datan analysointi on parhaillaan käynnissä. Samalla tutkijat kehittävät yhä tarkempia menetelmiä datan seulomiseen.
– Käytämme esimerkiksi uusimpia koneoppimismenetelmiä ja osallistumme niiden kehittämiseen. Itseoppivat algoritmit voivat havaita datasta asioita, joita ihminen ei ole tullut ajatelleeksi, Laurila toteaa.
Viime vuosina kerätyssä datassa riittää kuitenkin analysoitavaa, ja 2021 alkaen LHC:ssa törmäytetään protoneja todennäköisesti entistäkin suuremmalla energialla.
– Elämme jännittävää aikaa, jolloin tiedämme luonnosta enemmän kuin koskaan ennen, ja samalla ymmärrämme kuinka vähän oikeastaan tiedämme. Edistyneen teknologian ja kansainvälisen yhteistyön ansiosta meillä on kuitenkin käsissämme avaimet yhä laajempaan ymmärrykseen.
Laurila laati väitöstutkimuksensa osana kansainvälistä tutkijaryhmää, jossa oli suomalaistutkijoiden lisäksi mukana fyysikoita mm. Massachusetts Institute of Technology -yliopistosta Yhdysvalloista, Kyprokselta ja Meksikosta.
DI Santeri Laurila väittelee 18.10.2019 kello 12 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta Search for Charged Higgs Bosons Decaying to a Tau Lepton and a Neutrino with the CMS Experiment. Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Exactum, auditorio CK112 (Pietari Kalmin katu 5, Helsinki). Vastaväittäjänä on professori Bill Murray, Warwickin yliopisto, ja kustoksena on professori Paula Eerola.
Lisätiedot:
Alkeishiukkasfysiikan tutkija, DI Santeri Laurila
Helsingin yliopisto
044 2630 995
santeri.laurila@helsinki.fi
Avainsanat
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen tiedeyhteisö, joka toimii neljällä kampuksella Helsingissä ja usealla muulla paikkakunnalla Suomessa. Kansainvälisissä yliopistovertailuissa se on ollut toistuvasti maailman sadan parhaan yliopiston joukossa. Helsingin yliopisto on perustettu vuonna 1640.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto
Koronakevät kuormitti huoltajia ja opettajia, oppilaiden kokemukset etäopetuksesta vaihtelivat7.8.2020 12:00:00 EEST | Tiedote
Helsingin yliopisto ja Tampereen yliopisto käynnistivät toukokuussa tutkimuksen, jossa selvitetään koronakevään poikkeusolojen vaikutusta koulunkäyntiin, opetukseen ja hyvinvointiin. Tutkimuksen ensimmäinen aineisto kerättiin valtakunnallisella kyselytutkimuksella kevään 2020 aikana.
Alkuperäiskansat hyödyntävät yhteisönsä tietoa kestävyydestä6.8.2020 10:31:24 EEST | Tiedote
Erilaisissa ympäristöissä asuvat alkuperäiskansojen jäsenet, tutkijat ja päätöksentekijät ajattelevat kestävyydestä eri tavoin. Alkuperäiskansojen kielissä on ilmaistu keskeisiä käsityksiä ihmisen ja ympäristön tasapainoisista suhteista, osoittaa Helsingin yliopiston tutkijoiden toimittama julkaisu.
Väitös: Suomalaista hyvinvointiyhteiskuntaa muokataan tehokkaammaksi uudella sijoitusinstrumentilla6.8.2020 10:27:12 EEST | Tiedote
Vaikuttavuusinvestoimiseen kuuluva sosiaalinen tulosrahoitus (Social Impact Bond, SIB) on otettu Suomessa vastaan mielenkiinnolla ja käynnissä on useita hyvinvointihankkeita. Brittilähtöisen mallin soveltaminen on yhteydessä hyvinvointiyhteiskunnan hienovaraisiin muutoksiin, jotka voivat muuttaa järjestelmän rakennetta. Tiedot ilmenevät tuoreesta Helsingin yliopiston väitöskirjasta.
Alkuperäiskansojen oikeuksia poljetaan yhä, ja tasavertaisuuteen on pitkä matka5.8.2020 09:00:00 EEST | Tiedote
Yhdistyneet kansakunnat on julistanut elokuun 9. päivän maailmanlaajuiseksi alkuperäiskansojen päiväksi. Päivä korostaa alkuperäiskansojen kulttuureiden monimuotoisuutta ja erilaisuutta.
Helpotusta kasvisruokavalioon: käymisen avulla B12-vitamiinia syntyy vaikka suoraan taikinassa4.8.2020 11:36:21 EEST | Tiedote
Kun viljapohjaisia materiaaleja fermentoidaan eli käytetään Propionibacterium freudenreichii -bakteerin avulla, syntyy ihmisen terveydelle välttämätöntä B12-vitamiinia. Lisäämällä käymiseen mukaan Lactobacillus brevis -maitohappobakteeria voitaisiin myös vegaaneille taata B12-vitamiinin riittävä ja turvallinen saanti suoraan elintarvikkeesta, ilman ravinnelisiä.
Tunnetaidot suojaavat lukiolaista uupumukselta ja lisäävät intoa3.8.2020 09:00:00 EEST | Tiedote
Sosio-emotionaaliset taidot tukevat nuoren kouluhyvinvointia. Tällaisia tärkeitä taitoja ovat uteliaisuus, sisu, resilienssi eli psyykkinen kimmoisuus ja palautumiskyky, sosiaaliset taidot ja yhteenkuuluvaisuus.
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