Tommi Tenkanen
Tommi Tenkanen

Higgsin bosonin kosmologiaa

31.3.2017 Kosmologia, Tieteen popularisointi, Tieteenteon arki Ei kommentteja

Vietin tämän viikon alkupuolella muutaman päivän peribrittiläisessä maaseutumaisemassa Buckinghamshiressa Iso-Britannian tiedeakatemian Royal Societyn omistamassa Chicheley Hallissa. Käynnissä oli kaksipäiväinen Higgsin bosonin kosmologiaa käsittelevä minikonferenssi, joka kokosi yhteen alan suurimmat nimet ja myös meitä nuorempia tutkijoita.

Vuonna 2012 löytynyt Higgsin bosoni on monille vähintään uutisista tuttu, mutta kerrataanpa, mitä sillä oikeastaan tarkoitetaan. Higgsin bosoni on ns. Higgsin kentän kvantti eli alkeishiukkanen, jonka rooli on keskeinen selitettäessä muiden alkeishiukkasten ominaisuuksia. Oikeastaan itse bosoni ei ole kovin tärkeässä roolissa, vaan kenttä itse: maailmankaikkeuden joka pisteessä tällä kentällä on tietty voimakkuus ja (lähes) kaikki muut alkeishiukkaset ”tuntevat” tämän kentän voimakkuuden, kukin tavallaan, mistä johtuen alkeishiukkasilla on eri massoja.

On kuin Higgsin kenttä olisi laakea, luminen maisema ja alkeishiukkaset eri tyyppisillä liikkumistavoilla varustettuja. Elektroneilla olisi nopeat sukset ja ne kiitäisivät lumisen maiseman päällä vaivatta, elektronin isommalla serkulla myonilla olisi lumikengät ja se askeltaisi hitaammin perässä hankeen kuitenkaan uppoamatta, kun taas alkeishiukkasten raskassarjalainen, top-kvarkki, olisi jättänyt varustautumatta ja laahustaisi kaukana perässä joka askeleella syvälle lumeen upoten. Voimme siis kuvitella elektronien olevan tästä johtuen kevyitä, top-kvarkkien raskaita. Higgsin bosonien voimme kuvitella olevan tuon kentän lumihiutaleita.

Higgsin kentällä on siis tärkeä rooli hiukkasfysiikassa, sillä se selittää, miksi alkeishiukkasilla ylipäätään on massoja: luminen maisema on olemassa ja täyttää koko maailmankaikkeuden. Tämän ns. Higgsin mekanismin kehittämisestä Peter Higgs ja François Englert jakoivat fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2013. Toistaiseksi tosin on selittämättä, miksi massat ovat juuri sellaisia kuin ovat, eli miksi elektroni on saanut nopeat sukset mutta myoni vain lumikengät ja kuinka tuo luminen maisema muodostui varhaisessa maailmankaikkeudessa.

Higgsin kenttään liittyy muitakin mielenkiintoisia ja ajankohtaisia tutkimusaiheita, jotka kytkeytyvät muun muassa kosmiseen inflaatioon, pimeään aineeseen ja aineen ja antiaineen väliseen epätasapainoon. Tätä tarkoitetaan puhuttaessa Higgsin bosonin kosmologiasta, kaikki edellä mainitut seikat kun kytkeytyvät hyvin varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumiin. Tutkijat etsivät jatkuvasti tapoja, joilla testata selitysmalleja näille avoimille ongelmille, ja vaikka yleensä tämä tapahtuu yliopistojen ja tutkimuslaitosten luentosaleissa ja sekaisten työpöytien äärellä, on tutkijana hauska saada toisinaan myös mahdollisuus elää hetken aikaa puitteissa, jotka muistuttavat enemmän Jane Austenin romaania kuin modernia avokonttoria.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *