Higgsin bosonin löytymisen jälkeen CERNin Large Hadron Collider -kiihdytin – tuttavien kesken lyhyesti LHC – on nyt liki kahden vuoden ajan ollut huoltotauolla. Käytössä kuluneita suprajohtavia magneetteja on korvattu uusilla ja jäähdytyssysteemiä paranneltu. Kiihdytintä on myös viritelty niin, että hiukkastörmäyksien energiat ovat nousemassa puolitoistakertaisiksi, kun laite jälleen käynnistetään keväällä.
LHC:ssä törmäytetään liki valon nopeudella kulkevia protonisuihkuja toisiinsa. Mitä suurempi törmäysenergia, sitä yksityiskohtaisempaa tietoa alkeishiukkasista on mahdollista saada. Tämä on hiukkasfysiikan kultainen sääntö.
Tähän mennessä Higgsin bosoniin ja hiukkasfysiikan ns. standardimalliin liittyvien parametrien arvoja on jo mitattu hyvin tarkasti. Teoreettisesta näkökulmasta erityisen kiinnostavaa tuloksissa on ollut se, että niiden valossa maailmankaikkeus vaikuttaisi olevan epävakaassa tilassa.
Higgsin kenttä jäätyi tyhjiön täyttäväksi energiakentäksi noin nanosekunnin sadasosan ikäisessä maailmankaikkeudessa. Jäätyneen Higgsin kentän arvo määrää mm. alkeishiukkasten massat. Nyt kysymys on: jäätyikö Higgs tuolloin arvoon, joka vastaa energian minimitilaa?
Standardimallin parametrien mittausten perusteella on nimittäin mahdollista, että pienimmän energian tilassa Higgsin kentän arvon pitäisi olla paljon nykyistä suurempi. Silloin esimerkiksi elektroni olisi merkittävästi mitattua raskaampi. Hiukkasvuorovaikutusten luonne muuttuisi monilla tavoilla. Kaiken kaikkiaan tilanne olisi ihmisen kannalta katastrofaalinen: aine siinä muodossa kuin sen tunnemme, lakkaisi olemasta.
Onneksi tuo mahdollinen energian minimitila on kuin laakso korkean vuoren tuolla puolen. Sinne ei jouduta aivan helposti, mutta kvanttifysikaalisten sattumien ansiosta sinne kyllä päädytään ennen pitkää. Silloin atomit ja molekyylit murentuisivat. Tähdet sammuisivat, ja koko tuntemamme universumi käärittäisiin uuteen kuosiin kuin Arthur C. Clarken muinaisessa novellissa Jumalan yhdeksän biljoonaa nimeä.
Näin siis jos uusi energian minimitila todella on olemassa.
Ja se riippuu hyvin herkällä tavalla hiukkasfysiikan standardimallin parametrien todellisista arvoista.
Kuten aina fysiikassa, kaikkeen mittaamiseen liittyy mittausvirhe. Niinpä tällä hetkellä tiedämme, että esimerkiksi Higgsin bosonin massa on 90 % todennäköisyydellä tietyllä välillä. Kun mittaukset tarkentuvat, väli kutistuu, mutta välin keskipiste – ”paras arvo” – voi myös liikkua.
Nyt tilanne on se, että standardimallin parametrien ”parhailla arvoilla” universumimme on epävakaa. Mutta niiden mittausten virherajojen sisältä löytyy myös alueita, jotka eivät johda epävakauteen.
Jäämme siis odottelemaan jännittyneinä, mihin suuntiin uudet mittausarvot liikehtivät, kun LHC taas käynnistyy. Ja aina on tietysti mahdollista, ettei standardimalli olekaan vihoviimeinen sana hiukkasfysiikan saralla.
Kari Enqvist
Otsikkokuva: Mallinnus 27. toukokuuta 2012 LHC:n CMS-koeasemassa tapahtuneesta törmäyksestä.
