Fyysikot pettyneitä: uusi hiukkanen olikin tilastoharha

Jo yli puolen vuoden ajan on huhuttu, että LHC:n havainnoista olisi löytynyt uusi hiukkanen, joka laittaisi maailmankuvamme remonttiin. Ennenaikaisesti vuotaneet tiedot tulossa olevasta artikkelista kertovat, että hiukkasen sijaan havainnoista on löytynyt tilastollista säännönmukaisuutta, joka näytti uudelta hiukkaselta.

Ongelmana hiukkasissa ja monissa muissa nykyfysiikan löydöissä – kuten vaikkapa painovoima-aalloissa – on se, että niitä ei voi nähdä ja tutkia kuten vaikkapa perunaa tai planeettaa. 

Ne voidaan vain havaita epäsuorasti, erilaisista havaintosignaaleista päättelemällä. Havainnon tekeminen vaatii siten paitsi paljon supertarkkoja havaintoja, niin myös massiivista havaintotiedon käsittelyä, jolloin "huonoja" havaintoja yksinkertaisesti jätetään huomioimatta ja "hyviä" havaintoja analysoidaan tietokoneilla ja algoritmeilla mitä erilaisimmilla tavoilla. Kun tuloksena oleva tieto osuu teoreettisesti laskettuun malliin siitä millainen havainnon tulisi olla, voidaan sanoa, että on tehty havainto. 

"Havainnon tekeminen" tarkoittaa siksi paljon tilastotieteellistä laskentaa, jolla havaitut merkit uudesta löydöstä voidaan todistaa tai osoittaa todennäköisemmin joksikin muuksi asiaksi.

Näin on käynyt nyt uuden hiukkasen kanssa. Ensimmäisen kerran uudesta superraskaasta alkeishiukkasesta huhuttiin joulukuussa 2015, kun Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNin ATLAS- ja CMS-koeasemien tutkimusryhmät kertoivat havainneensa merkkejä energialtaan noin 750 GeV (gigaelektronivolttia) olevasta hiukkasesta. Havainnoissa oli enemmän fotonipareja kuin nykyinen ns. standardimalli ennustaa.

Fyysikoilla on satoja erilaisia selityksiä tälle fotoniparien omituiselle määrälle, ja niistä oikeastaan kaikki vaativat uuden, raskaan hiukkasen olemassaoloa. Se puolestaan olisi saanut koko standardimallin remonttiin, sillä tällaiselle uudelle hiukkaselle ei siinä ole paikkaa.

Syynä fotoniparien epäsuhtaan näyttää olleen ns. statistinen fluktuaatio, LHC:n kahden koeaseman tuottamien valtavien tietomäärien sekaan jäänyt satunnainen vaihtelu, joka löytyi nyt tarkemmissa analyyseissä. Havainnosta kerrottiin parhaillaan Chicagossa meneillään olevassa kansainvälisessä hiukkasfysiikan ICHEP-konfrenssissa.

Löytö olisi siis saanut suuren joukon fyysikoita samanaikaisesti innostumaan ja masentumaan, sillä tiedossa olisi ollut suuri mullistus ja vaatinut paljon työtä hiukkasfysiikan perusteiden parissa. Nyt, kun löytö on paljastumassa harhaksi, ovat fyysikot jälleen tyytyväisiä ja harmissaan: kaikki onkin edelleen paikallaan, mutta toisaalta standardimallin muokkaaminen olisi ollut todella jännää.

Vaikka nyt 750 GeV:n hiukkanen voidaankin haudata, ei uuden hiukkasen olemassaoloa voi vielä sulkea pois.

LHC tuottaa parhaillaan uutta tietoa paljon aiempaa tehokkaampana ja tuosta tietomäärästä löytyy varmasti jotain uutta – kenties myös uusia hiukkasia.


Juttuja samasta aiheesta