Joulukuun 13. päivän piti olla fysiikan suuri päivä. Päiväkausia oli huhuttu siitä, että Sveitsissä toimivan Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen Cernin tutkijat voisivat silloin ilmoittaa löytäneensä Higgsin hiukkasen. Lehdistötilaisuus lähetettiin suorana internetissä ja sitä seurasivat fyysikot joka puolella maailmaa.

Uusia tuloksia olikin saatu, mutta ei niin varmoja, että tutkijat olisivat uskaltaneet sanoa Higgsin löytyneen. Hiukkasten hajoamisesta tehdyt mittaukset saattoivat viitata siihen, että Higgsin hiukkanen oli ollut olemassa pienen hetken. Tilastollinen aines oli kuitenkin liian pieni, jotta olisi voitu varmuudella puhua hiukkasen havaitsemisesta. Hieman alle viiden prosentin todennäköisyydellä mittaustulokset saattavat aiheutua sattumasta. Ennen kuin voidaan puhua varsinaisesta havainnosta, todennäköisyyden pitää laskea 0,0006 prosenttiin, ja tähän tarvitaan vielä paljon lisää mittauksia. Cernissä oletetaan, että ne saadaan tehdyksi vuoden 2012 loppuun mennessä.

Rohkaisevaa uusissa mittaustuloksissa oli se, että ne viittaavat Higgsin hiukkasen massan olevan noin 140 kertaa protonin massa, kuten on odotettukin.

Higgs on kaiken perusta

Higgsin hiukkasen löytymisestä on viime vuosina tullut fyysikoiden tärkein tavoite, koska se on fysiikan maailmankuvasta puuttuva palanen. Juuri Higgs nimittäin vastaa siitä, että muilla hiukkasilla on massa. Ilman Higgsiä kaikki hiukkaset olisivat massattomia ja ne viilettäisivät pois valon nopeudella niin kuin fotonit – ja siten ei voisi syntyä atomeja, tähtiä ja planeettoja.

Higgsin hiukkasen havaitsemiseen tarvitaan valtavia ilmaisimia, kuten kuvan ATLAS. Lähde: Cern

Tietyllä tavalla Newtonilla oli helpompaa, kun hän yli 300 vuotta sitten esitti painovoimalakinsa. Massat vain olivat olemassa, eikä niille vaadittu mitään selitystä. Mutta sitten tuli kvanttimekaniikka ja murskasi tämän yksinkertaisen kuvan. Nykyään tiedetään, että kvanttimekaniikka toimii, joten siksi siihen suhtaudutaan vakavasti.

Kvanttimekaniikkaan massoja ei niin vain tuoda tyhjästä – kaikki hiukkaset niin sanotusti syntyvät massattomina. Teorian mukaan kaikkeudessa on olemassa niin sanottu Higgsin kenttä. Se on kuin siirappia, jonka läpi hiukkasten täytyy kulkea. Kun ne vuorovaikuttavat Higgsin kentän kanssa, niiden liikkeeseen kohdistuu niin paljon vastusta, että ne eivät voi vain kiitää tiehensä valon nopeudella vaan sen sijaan ne alkavat käyttäytyä kuin massalliset hiukkaset.

Kentän kahdet kasvot

Luonto on järjestynyt niin, että sitä ei voida ymmärtää vain käyttämällä jokapäiväisen elämän käsitteitä. Tavallisessa kielenkäytössä erotetaan massa ja energia, mutta luonto ei niitä samalla tavalla erottele. Normaalisti Higgsin kenttä on näkymätön, mutta oikeissa olosuhteissa kenttä voi näyttäytyä hyvin raskaan ja äärimmäisen lyhytikäisen hiukkasen muodossa – kyseessä on juuri kuuluisa Higgsin hiukkanen.

Näin ilmaisin (sininen) näkee yhteentörmäyksen. Hiukkaset (keltaiset) ja fotonit (punaiset) sinkoutuvat joka puolelle, ja tästä sekasorrosta fyysikoiden on määrä löytää merkkejä Higgsin hiukkasesta. Lähde: Cern

Oikeiden olosuhteiden luomiseksi tarvitaan Cernin 27 kilometrin pituinen kiihdytin. Kun Cernissä saadaan protonit törmäämään toisiinsa lähes valon nopeudella, törmäyshetkellä syntyy niin paljon energiaa, että näkymättömästä kentästä voi muodostua Higgsin hiukkanen. Tällöin voimme käsittämättömän lyhyen hetken ajan suoraan nähdä kentän. Hiukkanen elää niin pienen hetken, että se on jo hajonnut ennen kuin se ehtii pois Cernin kiihdyttimestä. Näin ollen voidaan etsiä ainoastaan sen jättämiä jälkiä. Ei olekaan ihme, että tällainen etsintä saattaa kestää kauan.

Higgsin vuoksi ihmisilläkin on paino

Meidän sisällämme ei ole Higgsin hiukkasia, kun nousemme vaa'alle punnitsemaan itsemme. Higgsin kenttä on kuitenkin olemassa ympärillämme, ja vuorovaikutus kentän kanssa antaa kaikille atomeillemme massan. Moni meistä ehkä toivoo joulupöydässä, että atomimme vuorovaikuttaisivat hieman vähemmän Higgsin kentän kanssa, jotta painomme voisi laskea.

Higgsin kenttään emme valitettavasti voi vaikuttaa, mutta se ei estä meitä toivottamasta kaikille lukijoillemme oikein hyvää joulua. Palaamme blogikirjoitusten pariin pian uudenvuoden jälkeen.