Toisen kauden kummajainen
Viime tiistaina 15. joulukuuta CERNin LHC-kiihdyttimen koeryhmät ATLAS ja CMS esittivät ensimmäiset tuloksensa LHC:n toiselta kaudelta. Tomaso Dorigo ja Matt Strassler molemmat livebloggasivat tilaisuudesta.
LHC:n ensimmäinen kausi kesti syyskuusta 2008 helmikuuhun 2013, ja siitä jäi haaviin Higgsin hiukkanen, jonka löytyminen huomioitiin vuoden 2013 fysiikan Nobelin palkinnolla. Sen jälkeen kiihdytintä huollettiin ja päivitettiin toista kautta varten, joka alkoi toukokuussa 2015. Toinen kausi jatkuu vuoteen 2018 asti, ja sen aikana on tarkoitus kerätä viisi kertaa niin paljon dataa kuin ensimmäisellä kaudella. Merkittävää on myös se, että hiukkastörmäysten energia on 60% aiempaa isompi. Mitä korkeampiin energioihin törmäyksissä päästään, sitä pidemmälle kohti uuttaa fysiikkaa kurotetaan.
Ensimmäisellä kaudella saattoi luvata, että löytyy joko Higgsin hiukkanen tai jotain vielä kiinnostavampaa, mutta enää ei ole takeita siitä, että mitään uutta näkyisi koko LHC:n parikymmenvuotisen uran aikana. Ensimmäisen kauden Higgsin hiukkanen olikin kuin lohdutuspalkinto siitä, että mitään merkkejä sen enempää supersymmetriasta kuin tekniväristä kuin muustakaan tuntemattomasta ei näkynyt.
Toisen kauden datassa on nyt kuitenkin näkynyt vihje jostain aivan uudesta. Sekä ATLAS että CMS näkevät poikkeuksellisen paljon tapahtumia, jotka näyttävät siltä kuin protonia noin 750 kertaa raskaampi hiukkanen hajoaisi kahdeksi fotoniksi. Tällaista hiukkasta ei ole hiukkasfysiikan Standardimallissa, eli kyseessä olisi merkittävämpi löytö kuin Higgsin hiukkasen kohdalla.
Lupaavaa on se, että kumpikin koeryhmä näkee samanlaisen signaalin. Tämä kasvattaa sen todennäköisyyttä, että kyseessä on todellinen ilmiö, eikä vain sattuma. Toisaalta kummankaan koeryhmän datassa yksinään signaali ei ole tilastollisesti merkittävä, eikä dataa ole vielä huolella yhdistetty, joten on liian aikaista sanoa signaalia merkittäväksi.
Outoa onkin sitten kaikki muu – tai oikeastaan se, että kaikki muu näyttää normaalilta. Jos hiukkanen hajoaa fotoneiksi, niin sen odottaisi hajoavan myös W- ja Z-bosoneiksi. Niiden kohdalla ei kuitenkaan näy mitään erikoista. On helppo kehitellä hiukkasfysiikan malleja, joissa W- ja Z-bosoneita ei näy, mutta tyypillisesti niissä näkyy sitten muita signaaleja. Se, että noin raskas hiukkanen hajoaa pelkästään fotoneiksi on kummallista. Lisäksi mietityttää myös se, että ykköskaudella ei näkynyt tästä signaalista merkkiäkään, vaikka dataa oli kuusi kertaa enemmän. Useimmissa malleissa hiukkasten tuotto ei nouse äkkiseltään yli moninkertaiseksi energian noustessa vain 60%, mutta ei se mahdotonta ole.
Tämä ei tietenkään lannista teoreetikkoja, päin vastoin: ensimmäiset selitykset ilmestyivät muutaman tunnin kuluessa ilmoituksesta, ja kuudessa päivässä on ilmestynyt ainakin 39 tieteellistä artikkelia siitä, mitä fysiikkaa signaalin taustalla voi olla. Parhaan katsauksen tilanteeseen tarjoaa Jester ja kannattaa katsastaa myös Matt Strasslerin ja ATLAS-koeryhmässä työskentelevän Eilam Grossin näkökulmat.
Lisätietoa on luvassa maaliskuussa vuosittaisessa Moriondin konferenssissa, jolloin data-analyysiä on ehditty viedä pidemmälle, toivon mukaan koeryhmien data on silloin yhdistetty. LHC myös käynnistyy uudelleen keväällä, ja jos kyseessä on signaali eikä kohinaa, niin ensi vuonna juhlitaan Standardimallin hautajaisia.
Päivitys (01/01/16): CMS-koeryhmän jäsen Tomaso Dorigo kirjoittaa kuvien kera siitä, mitä 750 GeVin fotoni-ylijäämä ei ainakaan voi olla.
Hauskinta on se, että niin monet pyrkivät arvaamaan mahdollisen selityksen ja olemaan lähinnä oikeassa, jonka oikeassa olon vasta tulevaisuus paljastaa. Hyvällä arvauksella voi tulla vaikka Nobelistiksi.
Tähtitieteessä eletään erittäin mielenkiintoisia aikoja,uusia asioita ja löytöjä tulee niin paljon ettei perässä meinaa pysyä…