Ihmiskunnan suurin tieteellinen koe alkaa Cernissä: Pimeä aine saa vihdoin valaisua

Jukka Ukkola
Tiede 9.9.2008 05:40

27-kilometrinen LHC-hiukkaskiihdytin käynnistetään keskiviikkona ensimmäisen kerran. Uudessa törmäyttimessä voi syntyä hiukkasia, joiden olemassaoloa ei ole tähän saakka osattu edes arvata.CERN LCD

LHC tunnelissaan Cernissä lähellä Geneveä Sveitsissä. Huikea koe alkaa keskiviikkona 10. syyskuuta. Projektia on kutsuttu tiedemiesten ”Liisa Ihmemaassa” -matkaksi.

Aivan pian Cernissä avataan aarrearkku, josta avautuvat aineen salaisuudet ja maailmankaikkeuden alkuhetket. Tai sitten luvassa onkin maailmanloppu mustien aukkojen syövereissä.

Ehkä voidaan ottaa vähän takaisin. Kyseessä on kuitenkin vain ehkä ihmiskunnan suurin tieteellinen koe koskaan: Sveitsin ja Ranskan rajalla maan alla uinuva, kolme miljardia euroa maksanut, 27-kilometrinen LHC-hiukkaskiihdytin – tai oikeastaan törmäytin – käynnistetään keskiviikkona ensimmäisen kerran.

Koko valtavan törmäyttimen tarkoitus on auttaa tutkijoita alkeishiukkasten etsimisessä. Alkeishiukkasiksi kutsutaan niitä hiukkasia, jotka eivät enää koostu muista hiukkasista, siis aineen pienimpiä osasia.

Käytännössä hiukkasia metsästetään törmäyttimessä ajamalla atomien ytimistä löytyviä protoneja valtavalla vauhdilla päin toisiaan. Törmäyksissä protonit hajoavat palasiksi, joista osa on alkeishiukkasia.

Sen lisäksi, että se purkaa kaiken kirjaimellisesti alkutekijöihinsä, se myös tavallaan vie tutkijat ajassa miljardeja vuosia taaksepäin.

Kun hiukkasten törmäysvauhti saadaan riittävän kovaksi, päästään jossain määrin samoihin olosuhteisiin kuin hyvin nuoressa maailmankaikkeudessa.

Kosmologian professori Kari Enqvistin mukaan tätä kautta saatetaan päästä kiinni yhteen kosmologian suurista kysymyksistä. Jossain aivan maailmankaikkeuden alkuhetkillä tapahtui aineen suurjako. Nykyteorioiden mukaan niin sanottua pimeää ainetta on maailmankaikkeudessa kuusi kertaa enemmän kuin tavallista ainetta.

Pimeä aine voidaan havaita vain epäsuorasti, esimerkiksi galaksien liikkeistä. LHC-törmäyttimen toivotaan synnyttävän jos nyt ei pimeää ainetta niin ainakin vihjeitä sen olemuksesta.

Mustia aukkoja
ei ole vielä näkynyt

Jokunen pessimisti uskoo, että LHC-törmäyttimen käynnistäminen on virhe. Heidän mukaansa kiihdyttimessä valtavaa vauhtia törmäilevät hiukkaset synnyttävät pikkuruisia mustia aukkoja, jotka ennen pitkää nielevät maailmamme.

Enqvist myöntää, että kukaan ei voi tietää aivan tarkkaan, mitä uudesta huipputehokkaasta kiihdyttimestä putkahtaa. Maailmanloppua Enqvist ei pelkää.

”Tuollaisten mustien aukkojen syntyminen on erittäin epätodennäköistä. Ja teorioiden mukaan sellainen höyrystyisi saman tien syntymänsä jälkeen”, Enqvist rauhoittelee.

Jos pelkkä teoria ei riitä päästämään mustan aukon pelosta, Enqvist kehottaa luottamaan kokemukseen. Hänen mukaansa kosminen säteily aiheuttaa maapallolla jatkuvasti paljon suurienergisempiä törmäyksiä kuin uusi törmäytin pystyy saamaan aikaan.

”Eikä täällä näy mustia aukkoja”, hän kuittaa.

Hiukkaskiihdytin
on kuin mopo

Enqvistin mukaan tutkijoita kiinnostaa erityisesti niin kutsuttu Higgsin hiukkanen, joka on aineen perusolemusta selittävän hiukkasfysiikan standardimallin mukaan olemassa. Sitä ei kuitenkaan ole vielä havaittu.

”Higgsin hiukkanen puuttuu vielä standardimallin kauniista katedraalista”, Enqvist muotoilee.

Kun protoneja päästään törmäyttämään aivan uudella vauhdilla, törmäyksen jäljiltä toivotaan löytyvän myös Higgsin hiukkasia. Tai ainakin jälkiä niistä. Suurin osa alkeishiukkasista ehtii elää vain silmänräpäyksen, niin myös Higgsin hiukkanen.

Enqvistin mielestä jännittävintä on kuitenkin se, että uudessa törmäyttimessä voi syntyä hiukkasia, joiden olemassaoloa ei ole tähän saakka osattu edes arvata.

Keskiviikkona tuskin maailmankaikkeus vielä paljastaa salojaan. Kyseessä on ensimmäinen koekäyttö, ja valtava laite vaatii vielä hienosäätöä.

”Hiukkaskiihdytin ei ole vielä täydessä voimassaan. Se on vähän niin kuin mopo, sitä pitää viritellä”, Enqvist selittää.

Uusi kiihdytin tehtiin
vanhan tunneliin

Uusi LCH-kiihdytin (large hadron collider) on rakennettu Cerniin, Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskukseen Sveitsiin. 27-kilometrinen kiihdytin on 50-150-metriä maanpinnan alapuolella ja kulkee sekä Sveitsin että Ranskan alueella.

LCH-kiihdytin rakennettiin samaan tunneliin kuin aiempi kiihdytin. Uuden kiihdyttimen magneetit ovat kuitenkin paljon aiempaa vahvemmat. Kiihdyttimessä on kaksi suprajohtavien sähkömagneettien ympäröimää putkea, joissa hiukkaset kulkevat vastakkaisiin suuntiin. Hiukkaset törmäytetään toisiinsa magneettien avulla.

Uuden kiihdyttimen suunnittelu alkoi 1980-luvulla. Rakentaminen aloitettiin kymmenen vuotta sitten. Rakennustyöt maksoivat yli kolme miljardia euroa.

Teksti Sammeli Heikinen, STT
SK netin toimitus

Kuva
Martial Trezzini / AP / Lehtikuva

Lisää aiheesta
Time-lehden arkisto