Tiedeuutiset

CERNin uusi LHC-kiihdytin käynnistyy taas

: Tiedeuutiset

05.02.2010, klo 17.10

Maailman tehokkain hiukkaskiihdytin, Sveitsissä Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa CERNissä sijaitseva LHC käynnistetään helmikuun puolivälissä kahden kuukauden tauon jälkeen. Sen jälkeen kiihdytintä on tarkoitus pitää käynnissä yhteen menoon mahdollisesti jopa kaksi vuotta, vuoteen 2011 loppupuolelle. Nyt alkavalla jaksolla törmäysenergia nostetaan 3,5 TeV:iin hiukkassuihkua kohden eli yhteensä 7 TeV:iin.

Laitteisto on suunniteltu kaksinkertaiselle energialle, 14 TeV:ille, mutta sen saavuttaminen jää myöhemmäksi, noin vuoteen 2013. Sitä ennen pitää vahvistaa kiihdyttimessä olevien noin 10 000 suprajohtavan magneetin väliset kaapelit. Tällä halutaan varmistaa että LHC:n käynnistyessä syyskuussa 2008 tapahtunut haaveri ei pääse toistumaan. Uudet laskut osoittavat että magneettien väliset kaapelit ovat herkästi haavoittuva kohta valtavassa laitteistossa ja että niitä on syytä vahvistaa.

Nyt käyttöön saatava törmäysenergia, 7 TeV, tulee tuottamaan valtavan määrän kiinnostavia ja vähemmän kiinnostavia hiukkasia eri mittauslaitteisiin. Silti osa tutkijoista on päätöksestä pettyneitä, sillä kaikkein kiihkeimmin etukäteen odotetun hiukkasen, ns. Higgsin hiukkasen löytäminen jää todennäköisesti myöhemmäksi, 14 TeV:n törmäysten aikaan.

15 vuotta rakenteilla ollut LHC-kiihdytin käynnistettiin syyskuussa 2008 mutta viikon kuluttua koe pysähtyi kahta magneettia yhdistävän virtajohtimen rikkouduttua. Se johti laajaan vaurioon ja suuriin korjauksiin, jotka kestivät toista vuotta ja maksoivat noin 40 miljoonaa Sveitsin frangia. Kiihdytin saatiin käyntiin viime marraskuussa ja sitä käytettiin noin kuukausi. Törmäysenergia nostettiin 1,18 TeV:iin joka riitti tuottamaan laitteelle ?maailmanennätyksen?.

LHC suljettiin joulukuun puolivälissä teknisiä korjauksia ja parannuksia varten. Siihen mennessä kahteen suurimpaan koelaitteeseen, ATLAS- ja CMC-havaitsimiin, oli saatu noin 50 000 hiukkastörmäystä. Helmikuun puolivälissä alkavalla uudella mittauskaudella protoni-protonitörmäyksiä on tarkoitus tuottaa noin 10 miljoonaa miljoonaa kappaletta.

Higgsin hiukkasen, teoreettisen fysiikan ns. standardimallin kokeellisesta varmentamisesta vielä puuttuvan hiukkasen havaitseminen voi jäädä haaveeksi 7 TeV:n maksimienergialla, tutkijat pelkäävät. Havaitseminen ei ole yksinkertaista, sillä se tapahtuu epäsuorasti, etsimällä Higgsin hiukkasen oletettuja hajoamistuotteita.

Higgsin hiukkasen olemassaolo ei ole varmaa eikä teoriasta ei pystytä johtamaan hiukkasen massaa tai hajoamistapaa kovin tarkkaan. Tilastollisiin menetelmiin perustuvat päätelmät vaativat paljon dataa. Mitä suuremmalla energialla protonit törmäävät, sitä todennäköisempää hiukkasen hajoamisjälkien havaitseminen on.

CERNin aiemmalla hiukkaskiihdyttimellä LEP:llä tehdyt mittaukset osoittivat, että Higgsin hiukkasen massa on suurempi kuin 114 GeV. Teoria ennustaa puolestaan että massa on todennäköisesti alle 186 GeV. Yhdysvaltain suurimmalla hiukkaskiihdyttimellä, Fermilabin Tevatronilla etsitään myös Higgsin hiukkasta vaikka sen teho ei siihen aivan riitä. Siellä työskentelevät hiukkasfyysikot ovat uudessa tutkimuksessaan löytäneet uusia rajoituksia Higgsin hiukkasen massalle. Heidän mukaansa massa ei voi olla 165 GeV eikä se ole kovin todennäköisesti välillä 160-180 GeV. Etsintäalue siis kaventuu edelleen.

Nyt ennustettu Higgsin keventyminen on havaitsemisen kannalta huono uutinen. Jos massa jää alle 140 GeV, hiukkanen ei todennäköisesti hajoa W- tai Z-bosonien pareiksi vaan pikemminkin b-kvarkkipareiksi. Näiden havaitseminen törmäysjälkien joukosta on työläämpää kuin W- tai Z-bosonien tuottamien piikkien löytäminen.

Kilpailu Higgsin hiukkasen löytämisestä jatkuu siksi edelleen vaikka vain LHC:llä on riittävä energia sen varmaan havaitsemiseen. Jos hiukkasen massa on alle 160 GeV, Tevatronin havainnoista voitaisiin löytää "vahvoja viitteitä" Higgsin hiukkasen olemassaolosta. Näin ainakin amerikkalaiskiihdyttimen tutkijat toiveikkaasti arvelevat.

(YLE tiede, CERN, Physicsworld.com)