Odottamatonta odottaen
Helmikuussa 2013 suljettu CERNin LHC-kiihdytin valmistautuu paluuseen. Kuluneita osia on vaihdettu ja kiihdytintä on päivitetty monin tavoin siten, että se pystyy saamaan aikaan törmäyksiä entistä tiheämpään tahtiin ja noin 60% suuremmalla energialla. Alun perin suunniteltuun maksimienergiaan on vielä jonkin verran matkaa, se olisi 75% entistä suurempi.
Hiukkassuihkua on jo ajettu kiihdytinrenkaan eri osuuksien läpi. Tällä viikolla oli tarkoitus saada säde kiertämään koko kiihdyttimen läpi kerralla, ja aloittaa törmäykset pian sen jälkeen. Kiihdyttimen yhdessä osassa on kuitenkin tullut vastaan ilmeisesti metalliromun aiheuttama oikosulku. Koska magneetit on jäähdytetty kahden Kelvinin kylmyyteen, ja hallittu lämmittäminen kestää kauan, romun poistaminen ei ole aivan yksinkertaista. Ongelman arvioidaan viivyttävän törmäysten aloittamista päivillä tai viikoilla.
Uutinen ei ole aiheuttanut kummoistakaan kiihtymystä tutkijoiden keskuudessa, toisin kuin LHC:n alkuvaiheiden onnettomuus, joka siirsi aloitusta yli vuodella. Yksi syy on se, että ongelma vaikuttaa vähemmän vakavalta. Mutta odotukset ovat myös matalammalla.
LHC:n aloittaessa oli selvää, että se löytää jotakin. Hiukkasfysiikan Standardimalli ei ole ristiriidaton rakennelma LHC:n luotaamilla energioilla ilman Higgsin hiukkasta tai jotakin muuta uutta. Higgsin hiukkasen löytämistä 48 vuotta sen esittämisen jälkeen juhlittiin oikeutetusti fysiikan menestystarinana.
Toisen kauden näkymät ovat erilaiset. Higgs oli viimeinen Standardimallin pala, eikä ole mitään takeita siitä, että LHC pystyy näkemään mitään Standardimallin tuonpuolista. Ensimmäiseltä kaudelta odotettiin Higgsin lisäksi paljon muutakin: merkkejä supersymmetriasta, ylimääräisistä ulottuvuuksista tai jostain täysin yllättävästä. Mistään näistä ei löytynyt todisteita. Itse asiassa ei näkynyt edes vihjeitä mistään uudesta: ei omituisia poikkeamia, ei selittämättömiä ristiriitoja eri kokeiden välillä. Kaikki LHC:n havainnot ovat sopusoinnussa Standardimallin kanssa.
Jo LHC:n käynnistyessä oli epäilyjä, koska aiemmat kiihdyttimet LEP ja Tevatron eivät nekään olleet nähneet poikkeamia Standardimallista, mutta LHC:n energia ja törmäysten määrä oli ylivoimaisesti isompi, joten toivo pantiin siihen, että seuraavan kulman takaa löytyy jotain. Vaikka toisella kaudella energia on hieman isompi ja törmäysten lukumäärä on huomattavasti isompi, useimmissa malleissa olisi jotain odottanut näkyvän jo tähän mennessä.
Tulokset ovat voimistaneet fyysikkojen yhteisössä hidasta siirtymää sille kannalle, että LHC:n luotaamilla energioilla ei ehkä olekaan mitään uutta nähtävää. Odotettuihin mahdollisuuksiin, kuten pimeän aineen löytymiseen LHC:ssä, ei suhtauduta kovin toiveikkaasti.
Mutta tutkijat ovat olleet odotuksineen väärässä aiemminkin, ja lopullinen sana kuuluu kokeille. LHC tekee mittauksia vielä kaksi vuosikymmentä, eikä kukaan tiedä mitä se tuo näkyville.
Päivitys (05/04/15): Ongelma on ratkaistu ja säde on tänään kiertänyt koko LHC:n renkaan läpi.
Mikä mahtaa olla kantasi B-Mesonien hajoamisessa havaittuihin poikkeamiin, joista mm täälläkin linkatussa http://resonaances.blogspot.fi/ blogissa on jo muutamaan otteeseen mainittu. Ilmeisesti virallisista tarkkuusrajoista uudelle löydölle ollaan vielä jonkin matkan päässä, mutta olen käsittänyt fyysikoiden olevan toiveikkaita tämän suhteen.
M Hiltunen:
Noita mesonifysiikan poikkeamia ilmestyy silloin tällöin. Teoreettisten ennusteiden tekeminen mesoneille on kuitenkin vaikeampaa kuin alkeishiukkasille, ja ennusteissa on melkoisia epävarmuustekijöitä. Niinpä yleensä tarkemmin katsoessa on huomattu, että havainnot ja teoria ovatkin sopusoinnussa.
Kannattaa siis seurata, mitä tuolle poikkeamalle tapahtuu, mutta sitä ei voi pitä merkkinä uudesta fysiikasta ennen kuin teoreettinen epävarmuus on selvitetty.
En tosin tunne mesonifysiikkaa ollenkaan, asiaa paremmin tunteva Tommaso Dorigo on samoilla linjoilla:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/spring_flukes_new_3sigma_signals_from_lhcb_and_atlas-154210
Olisi kiinnostavaa kuulla vastaus seuraaviin kysymyksiin.
(a) mihin kaikkeen törmäyksen energia jakautuu, kun hiukkasia syntyy.?
(b) ovatko kaikki törmäyksessä syntyvät hiukkaset aitoja hiukkasia, vai syntyykö samalla myös ”puolittaisia” hiukkasia, joiden elinaika on vähäinen ja joita ei koskaan tulla lukemaan mihinkään hiukkasluetteloon?
(c) Onko kaikkien syntyneiden varauksellisten hiukkasten yhteenlaskettu sähkömäärä sama kuin törmäytettyjen hiukkasten?
(d) Hiukkasista puhutaan myös tiettyjen kenttien eksitaatioina. Mistä nämä kentät törmäyksen tapahtuessa ilmestyvät ja miten niistä syntyvät hiukkaset saavat ominaisuutensa kuten energian, eliniän, spinnin, sähkövarauksen jne.?
(e) Ovatko syntyvät ominaisuudet heti täsmällisiä, vai täytyykö syntyvissä hiukkasissa tapahtua jotain sitä ennen?
(f) voidaanko sanoa, että vakuumi tunnetaan jo täysin, vai onko siinä vielä olennaisia ongelmia ratkaistavana?
(g) Kuopion yliopistossa pitämässään esitelmässä Enqvist käsittääkseni havainnollisti näkyvää ainetta vakuumin pintavaahtona. Voitaisiinko sanoa, että emme ole varsinaisesti vakuumin pintavaahtoa, vaan vakuumin sisään ”faasitransitiossa” syntyneitä ”näkyviä” alueita?
(h) Voidaanko sanoa, mihin luonnon ominaisuuteen perustuvat törmäyksessä syntyvien hiukkasten hiukkaslajit?
Olisi todella mukava kuulla vaikka lyhyet vastaukset. Netistä yksinkertaista suomenkielistä selitystä on vaikea löytää millään mieleen tulevalla hakusanalla. Monet yleistajuiset kirjat kertovat tapahtumista menemättä ylläoleviin yksityiskohtiin, joista juuri tarvitsisimme tietoa..
Pentti S. Varis:
Vastaan lyhyesti.
a) Hiukkasten lepoenergiaan (eli massaan liittyvään energiaan) ja liike-energiaan.
b) En ymmärrä, mitä ”aito” hiukkanen tarkoittaa. Lyhyt elinikä ei estä hiukkasen havaitsemista, uudet hiukkaset havaitaan useimmiten niiden hajoamistuotteiden perusteella.
c) Kyllä.
d) Kentät ovat aina olemassa.
e) En ymmärrä kysymystä.
f) Avoimia ongelmia on vielä, suurimpana tyhjön energia, ks. http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit
/maailmankaikkeutta_etsimassa/paljon_tyhjasta
g) En ymmärrä kysymystä.
h) En ymmärrä kysymystä.