Nobel-palkinto – Higgsin hiukkanen

CMS-kokeessa havaittu Higgs-bosonikandidaatti: Higgsin hiukkanen hajoaa tässä kahteen myoniin ja kahteen elektroniin. © 2012 CERN, for the benefit of the CMS Collaboration.

Helsingin yliopisto
Kumpulan tiedekampus / Viestintä
8.10.2013

Fysiikan Nobel-palkinto Higgsin hiukkasen tutkijoille

Ruotsin tiedeakatemia julkisti tänään 8.10.2013 vuoden 2013 fysiikan Nobel-palkinnon saajat. Palkinto myönnettiin Université Libre de Bruxelles -yliopiston emeritusprofessori Francois Englertille ja Edinburghin yliopiston emeritusprofessori Peter Higgsille teoriasta, joka ennusti Higgsin hiukkasen. Hiukkanen löydettiin Cernin Large Hadron Collider (LHC) -törmäyttimen ATLAS- ja CMS-kokeissa kesällä 2012. Suomalaiset tutkijat olivat mukana perustamassa CMS-koetta yli 20 vuotta sitten. He työskentelevät kokeen parissa aktiivisesti edelleen.

Seuraa pressitilaisuutta Cernistä Suomen aikaa kello 14.00: http://webcast.web.cern.ch/webcast/ .

Higgsin hiukkanen on hiukkasfysiikan niin sanotun standardimallin viimeinen puuttuva palanen, joka selittää, miksi alkeishiukkaset painavat ylipäänsä mitään. Hiukkanen on tullut tunnetuksi Higgsin hiukkasen nimellä skottilaisen Peter Higgsin mukaan, mutta belgialaiset fyysikot Robert Brout (k. vuonna 2011) ja Francois Englert esittivät riippumattomasti samankaltaisen teorian lähes samanaikaisesti kuin Higgs vuonna 1964. Tämän vuoksi nykyään puhutaan mieluummin niin sanotusta Brout-Englert-Higgsin (BEH) mekanismista.

BEH-mekanismi oli oleellinen askel kehitettäessä hiukkasfysiikan standardimallia teoriaksi, joka kuvaa oikein aineen rakenteen ja maailmankaikkeuden toiminnan. Sivutuotteena teoriaan ilmestyi uusi hiukkanen, Higgsin bosoni. Higgsin bosoni eroaa perustavanlaatuisesti kaikista muista tunnetuista hiukkasista, koska sillä ei ole niin sanottua spiniä eli sisäistä pyörimisliikettä, päinvastoin kuin kaikilla muilla tunnetuilla alkeishiukkasilla. Alkeishiukkasten vuorovaikutus Higgsin hiukkasten luoman kentän kanssa tulkitaan hiukkasen massaksi.

Higgsin hiukkasta on etsitty hiukkaskokeissa 1980-luvulta saakka, mutta vasta LHC-kiihdytin ja sen ATLAS- ja CMS-kokeet tarjosivat edellytykset hiukkasen havaitsemiseksi: riittävän törmäysenergian, riittävän törmäyssuihkujen intensiteetin, riittävän suuren määrän kerättyä dataa, ja riittävän tarkat hiukkasilmaisimet. LHC-törmäytin törmäyttää protoneja vastakkain yhteen suurella energialla, ja törmäyksissä voidaan tuottaa erilaisia alkeishiukkasia, myös Higgsin hiukkasia. Higgsin hiukkaset hajoavat kuitenkin koelaitteiston sisällä niin nopeasti, että ne havaitaan vain epäsuorasti lopputilan hajoamistuotteidensa kautta.

ATLAS- ja CMS-kokeet julkistivat heinäkuussa 2012 tuloksensa, jossa oli havaittu Higgsin hiukkasta vastaava kohouma hiukkaslopputilojen massajakaumassa noin 125 GeV:n (1) kohdalla. Kohouman tilastollinen merkittävyys on sen jälkeen kasvanut, ja hiukkasen eri ominaisuuksia tutkimalla on varmistunut, että sen ominaisuudet vastaavat Higgsin hiukkaselle ennustettuja ominaisuuksia.

Suomalaistutkijat etsivät sähköisesti varattua Higgsin hiukkasta

Suomalaiset tutkijat olivat mukana perustamassa CMS-koetta yli 20 vuotta sitten, ja tällä hetkellä CMS-kokeessa on Suomesta mukana tutkijaryhmät Fysiikan tutkimuslaitoksesta, Helsingin yliopistosta ja Lappeenrannan teknisestä yliopistosta. Suomalaista tutkimusryhmää johtaa nyt professori Paula Eerola. Suomalaiset tutkijat ovat olleet vastuussa sähköisesti varatun Higgsin hiukkasen etsimisestä – tämän hiukkasen löytyminen olisi merkki siitä, että olemassa on ominaisuuksiltaan erilaisia Higgsin hiukkasia, ja siksi analyysi on ollut erityisen mielenkiinnon kohteena.

Suomalaiset tutkijat ovat myös tehneet merkittävää työtä CMS-kokeen raskaiden kvarkkien ja hiukkasryöppyjen tutkimuksessa. Laitteiden osalta suomalaiset ryhmät osallistuivat erityisesti kokeen jälki-ilmaisimen ja liipaisusysteemin suunnitteluun ja rakentamiseen, ja työ jatkuu näiden ilmaisimien laitepäivitysten kanssa.

LHC-kokeiden valtavia datamääriä ei olisi pystytty analysoimaan ilman maailmanlaajuista tietokonekeskusten verkkoa, Worldwide LHC Computing Grid:iä eli W-LCG. Sen käyttö perustuu uudentyyppiselle, hiukkasfysiikan tarpeisiin kehitetylle hajautetun laskennan järjestelmälle, jossa tietokone- ja tallennusresursseja käytetään joustavasti siellä, missä niitä parhaiten on saatavilla. Suomi kuuluu W-LCG:hen yhteispohjoismaisen NeIC:n (Nordic e-Infrastructure Collaboration) kautta, jonka suomalaisesta komponentista CSC – Tieteen tietotekniikan keskus on vastuussa.

Suomen Cern-yhteistyötä ja osallistumista CMS-kokeeseen koordinoi Fysiikan tutkimuslaitos, joka on Helsingin yliopiston, Jyväskylän yliopiston, Lappeenrannan teknillisen yliopiston, Tampereen teknillisen yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteinen tutkimuslaitos. CMS-koetta ja sen tarvitsemaa tieteellistä laskentaa rahoittaa Suomessa opetus- ja kulttuuriministeriö ja Suomen Akatemia. Lisäksi tukea on saatu useilta yksityisiltä säätiöiltä, mm. Magnus Ehrnroothin säätiöltä.

LHC-törmäytin ja kokeet ovat nyt huoltotauolla. Kokeet jatkuvat vuodesta 2015 eteenpäin 13-14 TeV:n törmäysenergialla ja entistä suuremmalla hiukkassuihkuintensiteetillä. Higgsin hiukkasen ominaisuuksien tarkemman selvittämisen lisäksi kokeissa tullaan etsimään myös uusia mahdollisia hiukkasia, kuten varattuja Higgsin hiukkasia ja supersymmetrisiä hiukkasia.

—————————–

(1) GeV tarkoittaa gigaelektronivolttia, miljardia elektronivolttia. 125 GeV on SI-yksikössä lausuttuna n. 2.2×10−25 kg, mikä vastaa suunnilleen Cesium-atomin painoa.

 

Kuvateksti (sivun ylälaidassa):

CMS-kokeessa havaittu Higgs-bosonikandidaatti: Higgsin hiukkanen hajoaa tässä kahteen myoniin ja kahteen elektroniin. © 2012 CERN, for the benefit of the CMS Collaboration.

Kuvan saa pyynnöstä osoitteella: minna.merilainen@helsinki.fi

Cernin sivut medialle, kuvia ja videoita: http://press.web.cern.ch/journalists

http://www.youtube.com/user/thenobelprize

Nobel-palkinto: http://www.kva.se/

CMS-kokeen kotisivu: http://cms.web.cern.ch/

Fysiikan tutkimuslaitos: http://www.hip.fi

Helsingin fysiikan laitoksen alkeishiukkasfysiikan osasto: http://www.physics.helsinki.fi/tutkimus/afo/

Higgsin metsästäjät -blogi: http://blogs.helsinki.fi/higgshunters/

Fermilabin animaatio Higgsistä: http://www.symmetrymagazine.org/article/september-2013/famous-higgs-analogy-illustrated

The significance of the Higgs Boson discovery – Dr. John Ellis YouTube-video http://www.youtube.com/watch?v=1nNBZw9ICok

 

Lisätietoja antavat:

Suomalaisen CMS-tutkimusryhmän johtaja, professori Paula Eerola, Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos (också på svenska), puhelin (09) 191 50140 ja 050 317 5600

CMS-kokeen perustajajäsen, professori emeritus Jorma Tuominiemi, Fysiikan tutkimuslaitos, puhelin (09) 191 50558 ja 050 527 7385

Fysiikan tutkimuslaitoksen johtaja, professori Juha Äystö, puhelin (09)191 50520

Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen alkeishiukkasfysiikan osaston johtaja, professori Katri Huitu, puhelin (09) 191 50677

 

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen-Tenhu, tiedottaja, puhelin 050 415 0316, minna.merilainen@helsinki.fi