Viime vuoden tieteelliset läpimurrot: Higgsin hiukkanen, denisovanihmisen dna ja Curiosity-mönkijä

Maailman suurin hiukkaskiihdytin LHC Sveitsin ja Ranskan rajalla vahvisti kokeellisesti Cernin hiukkasen. Kuva Maximilien Brice.

Brittifyysikko Peter Higgs ei saanut fysiikan Nobel-palkintoa ainakaan vielä vuonna 2012. Tutkijat varmistivat Higgsin bosonin olemassaolon Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen Cernin hiukkaskiihdyttimellä LHC:llä, ja Science-lehti piti kokeita vuoden tieteellisenä läpimurtona.

Science on yhdysvaltalainen, johtava tieteellinen julkaisu. Lehden joulunumeron vuosikatsaus antaa tunnustusta tuoreille tieteellisille läpimurroille.

Nobel-palkinnot noteeraavat vastoin alkuperäistä tarkoitustaan merkittävimmät tieteen saavutukset vasta vuosikymmeniä myöhemmin, kun niiden laajempi merkitys on varmistunut.

Peter Higgs esitti yli 40 vuotta sitten nimeään kantavaa hiukkasta ratkaisuksi kysymykseen, miten muut alkeishiukkaset saavat massan. Kaikki muut fysiikan niin sanotun standardimallin ennustamat hiukkaset oli havaittu kokeellisesti jo aiemmin. Higgsin hiukkasen vahvistaminen kokeellisesti merkitsi siis sitä, että standardimalli saatiin lopulta valmiiksi.

Science-lehden mukaan ainoa suuri kysymys tieteen edistymisen kannalta on, merkitseekö tämä läpimurto uuden aikakauden alkua fysiikassa vai ainoastaan yhden menestyksekkään tutkimussuunnan päätöstä ja pahimmillaan umpikujaa.

Standardimallia kehitelleiden fyysikkojen ajattelua on vuosikymmenet ohjannut eräänlaisen matemaattisen symmetrian ihanne. Myös Higgsin mekanismi kehitettiin 1960-luvulla säilyttämään tällainen symmetria.

Symmetrian ihanne tuotti ennustuksia, jotka sittemmin havaittiin kokeellisesti.

Standardimallin valmistumisen jälkeen fyysikoilla ei kuitenkaan ole enää yhtä kirkasta käsitystä siitä, millaisia hiukkasia tulevilla, aiempiakin suurienergisimmillä kokeilla tulisi etsiä.

Fyysikot tietävät kyllä, että standardimalli ei ole viimeinen sana fysiikan perusteista. Standardimalli on epätäydellinen ennen kaikkea siksi, ettei se selitä painovoimaa. Teorian mukaan Higgsin tulisi olla havaittua raskaampi, joten vielä tuntemattomia hiukkasia saatetaan tarvita selittämään tämä ristiriita.

Higgsin hiukkanen keksittiin teoriassa neljä vuosikymmentä ennen kuin se vahvistettiin kokeellisesti. Nyt tutkijoilla ei kuitenkaan ole mitään takeita siitä, että LHC:llä tai millään sen kokoluokan hiukkaskiihdyttimillä päästäisiin uuteen, standardimallia seuraavaan fysiikkaan.

”Higgsin löytäminen oli läpimurto”, hiukkasfyysikko, Science-lehden toimittaja Adrian Cho kirjoittaa.

”Pystyvätkö hiukkasfyysikot enää koskaan samanlaiseen läpimurtoon?”

Neandertalinihmisen dna:n emäsjärjestyksen selvittäminen oli yksi Science-lehden noteeraamista tieteellisistä läpimurroista kaksi vuotta sitten. Tänä vuonna tutkijat pystyivät vielä huikeampaan saavutukseen lukemalla denisovanihmisen dna:n emäsjärjestyksen vain kuudesta milligrammasta sormen luuta.

Fossiililöytöjen dna:n käsittely on vaikeampaa kuin elävistä soluista otettujen näytteiden, koska kaksijuosteinen dna ajan mittaan usein purkautuu kahdeksi erilliseksi juosteeksi. Paleogeneetikot ovat aiemmin käyttäneet tavanomaisia, kaksijuosteiselle dna:lle tarkoitettuja dna-analyysimenetelmiä, mutta ne eivät ole toimineet hyvin.

Max Planck -instituutin tutkija Matthias Meyer kehitti näytteen valmisteluun uuden menetelmän, jolla yksijuosteiseksi purkautuneenkin dna-rihman emäsjärjestyksen sai analysoitua.

Tulokset osoittivat, että denisovanihmiset ovat pariutuneet omien esivanhempiemme kanssa, ja että Kaakkois-Aasiassa joidenkin saarten asukkailla peräti kolme prosenttia perimästä on denisovalaista alkuperää.

Ensi vuonna Meyerin käyttämää menetelmää on tarkoitus käyttää sellaisten neandertalilaisfossiilien dna-analyysiin, joita ei ole pystytty aiemmilla menetelmillä lukemaan.

Marsiin elokuussa laskeutunut Curiosity-mönkijä tulee tekemään vielä merkittäviä tieteellisiä havaintojakin, mutta Science-lehden toimituksen mukaan jo sen laskeutuminen punaiselle planeetalle oli teknologinen läpimurto.

Edelliset Nasan laskeutujat pomppivat planeetan pinnalla ilmatyynyjen suojissa, mutta Curiosityn laski hellävaraisesti Marsiin scifi-elokuvat mieleen tuova, rakettimoottoreilla leijuva nosturi.