perjantai 24. huhtikuuta 2015

Hienosti Higgsistä

Sean Carroll
Maailmanlopun hiukkanenMiten Higgsin hiukkasen etsintä vie kohti uutta käsitystä maailmankaikkeudesta

Suomentaja Tuukka Perhoniemi
ISBN 9789525985276
Sidottu, 345 sivua
Ursa ry 2015.

Jos vähänkin olet seurannut luonnontieteellistä tutkimusta ja sen uutisointia, et ole voinut välttää uutisia Higgsin hiukkasesta. Higgsin hiukkasen on kerrottu liittyvän tavalla tai toisella aineen massaan, mutta miten, se on saattanut jäädä arvoitukseksi!

Sean Carrollin kirja Maailmanlopun hiukkanen luo selvyyttä aineen massan ongelmaan, eikä vain aineen vaan myös koko alkeishiukkasten standardimalliin, jonka viimeinen löytymätön hiukkanen Higgsin bosoni oli. Vuonna 2012 Cernissä tehty löytö oli samalla erään aikakauden hieno päätös, ja kuka ties uuden aikakauden alku.

Higgsin bosoni on Higgsin kentän välittäjähiukkanen. Se ei ole massan synnyttäjä vaan sen olemassa olo on vahvistanut Higgsin kentän olevan todella olemassa. Tavallisista kentistä, kuten sähkö- tai gravitaatiokentistä poiketen Higgsin kenttä on myös täysin tyhjässä avaruudessa. Lisäksi Higgsin kentän energia ei ole nolla edes tyhjässä avaruudessa. Aineen massa näyttäisi syntyvän tavallisten alkeishiukkasten ja kentän välisestä vuorovaikutuksesta; mitä voimakkaampaa vuorovaikutus on sitä massiivisemmasta hiukkasesta on kysymys.

Kuinka Higgsi löydettiin? Carrol kertoo sen kirjassaan. Muistanet uutisista ehkä sen, että löytö tehtiin Euroopassa, Ranskan ja Sveitsin rajalla sijaitsevassa tutkimuslaitoksessa CERNissä. CERNiin valmistui 2011 suuri hadronitörmäytin, lyhyemmin LHC, jonka toisiinsa törmäävien hiukkasten vapauttama energia mahdollisti Higgsin ilmaantumisen. Itse hiukkasta ei vieläkään ole nähty, sillä siihen se on aivan liian lyhytikäinen mutta sen hajoamistuotteet tutkijat ovat onnistuneet havaitsemaan ja tunnistamaan.

Löytö on sen verran tärkeä hiukkasfysiikassa, että siitä luovutettiin Nobell-palkintoja vuonna 2013. Tällöin palkinnon saajina olivat Peter Higgs ja François Englert. Nämä kaksi tutkijaa olivat tärkeässä asemassa nyttemmin Higgsin bosonina tunnetun hiukkasen teoreettisen pohjan luomisessa, vaikkakaan eivät olleet yksin. Lukuisia muita tutkijoita oli tehnyt työtään löytöön johtaneen teorian kanssa mutta palkinnonsaaneet olivat riittävän lähellä ja ensimmäisinä teorian luomisessa.

Ehkä sattumaa tai ei, mutta samassa CERNin tutkimuslaitoksessa kehitettiin hyperteksti, jonka ensimmäinen ja varmasti tunnetuin sovellus on www eli World Wide Web eli Internetissä käytettävä hyperteksti. Ilman sitä nettisivut ja viestitys olisi edelleen tekstipohjaista ja varsin ikävän näköistä.

Higgs oli viimeinen hiukkasfysiikan standardimallin löytymätön hiukkanen, vai oliko sittenkään? Teoriassa higgsejä voi olla useampia jopa neljä muuta hiukkasta. Uusimpien tutkimusten mukaan CERNissä löydetyn hiukkasen massa on 125,09 GeV (gigaelektronivolttia), joka on teorian mukaan juuri sopiva oikea, Higgsin teorian mukaisen hiukkasen massa. Silti ne neljä muuta voivat olla kyllä olemassa ja löydettävissä kunhan tutkimus jatkuu.

Higgsin olemassa olo voi olla myös uuden hiukkasfysiikan alku, sillä tutkijat ovat teoretisoineet täysin uusista, supersymmetrisistä hiukkasista, jossa jokaisella meidän tuntemallamme alkeishiukkasella on olemassa supersymmetrinen hiukkanen. Supersymmetriset hiukkaset ovat kylläkin hieman erikoisia, sillä meidän tuntemien massan omaavien hiukkasten supersymmetriset hiukkaset olisivat massattomia ja päinvastoin.

Vaikka Maailmanlopun hiukkanen -kirja kertookin hiukkasfysiikasta Higgsin bosonin näkökulmasta, se kertoo myös paljon itse hiukkasfysiikasta. Jos et ole aikaisemmin tutustunut hiukkasfysiikkaan, suosittelen kirjan liitteiden lukemista kaikkein ensimmäiseksi. Tällöin saa jonkinlaisen kuvan siitä mistä hiukkasfysiikassa on kysymys. Kirja on sopivaa luettavaa vaikka kesäloman sateisille päiville. 
Kari A. Kuure.


keskiviikko 15. huhtikuuta 2015

New Horizons vain kolmenkuukauden etäisyydellä Plutosta

New Horizons -luotaimen ottama kuva Plutosta ja Charonista.
Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/
Southwest Research Institute.
Nasan planeettaluotain New Horizons on lähestymässä kääpiöplaneetta Plutoa ja sen viittä tunnettua kuuta. Luotaimen matka on kestänyt yli yhdeksän vuotta ja matkalla on ollut pituutta melkein viisi miljardia kilometriä. Vaikka matkaa on vielä jäljellä ja tutkijoilla ja insinööreillä paljon tehtävää ennen varsinaista H-hetkeä, luotain on ottanut ensimmäiset kuvansa pääkohteestaan.

Kuvassa Pluto ja Charon näkyvät vain sumuisina täplinä, mutta kertaakaan aikaisemmin emme ole onnistuneet kuvaamaan Plutoa tällä tarkkuudella. Avaruuskaukoputki Hubblen ottamissa kuvissa Pluto on ollut hyvin pieni piste.

Varsinainen ohilento tapahtuu heinäkuun 14 päivänä. Silloin kuuden tunnin aikana luotain tekee tarkimmat havaintonsa mitä on koskaan on tehty, ja pitkälle tulevaisuuteen tullaan tekemäänkään.  Ei vain valokuvia, vaan havaintoja tehdään useilla eri instrumenteilla ja mittauksia on kymmeniä erilaisia.


New Horizons –luotain ei kuitenkaan jää Plutoa kiertämään vaan jatkaa matkaansa Kuiperin vyöhön. Tutkijat tekevät parhaansa, jotta sieltä löytyisi mielenkiintoisia kappaleita sellaiselta etäisyydeltä, jonka saavuttaminen luotaimella on mahdollista. Tässä aikaisemmin vaikutti siltä, että sopivia kohteita ei olisi löydetty, mutta nyt parin viime vuoden aikana on ilmaantunut pari varsin varteenotettavaa ja ainakin yksi mahdollinen kohde. Mikä tai mitkä vaihtoehdot todella tulevat todeksi jää nähtäväksi.

Missä New Horizons on?

Se selviää oheisista kuvista.



Kuvat NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.


sunnuntai 5. huhtikuuta 2015

Kuunpimennys on auringonpimennys Kuussa

Oletko tullut ajatelleeksi, että kuunpimennys on auringonpimennys jos havaintopaikkasi sijaitsee Kuussa? Auringonpimennys Kuussa on hieman erinäköinen kuin Maassa, sillä ilmakehättömyys muuttaa pimennyksen näkymistä jonkin verran. Suurin ero kuitenkin on Auringon peittävän Maan koko, joka on näennäisesti kolminkertainen Auringon kokoon verrattuna. Maan näennäinen koko tekee auringonpimennyksestä pidemmän kuin koskaan Maasta nähdyissä pimennyksissä.

Auringonpimennyksen täydellisen vaiheen alku
Tycho-kraatterista nähtynä. Piirros Kari A. Kuure.

Muitakin eroja pimennyksissä on nähtävissä: merkittävin ero on maapallon ilmakehän hehkuminen auringonlaskun punaisena. Vaikka Aurinko onkin Kuusta katsottuna maapallon takana, osa auringonvalosta tunkeutuu ilmakehän lävitse ja valaisee Kuuta. Tästä syystä Kuun väri kuunpimennyksen aikana Maasta katsottuna on punainen tai kuparin ruskea.

Auringonpimennyks päättymisvaihe. Piirros Kari A. Kuure.
Kolmas eroavaisuus on Auringon koronan näkyminen kirkkaampana ja laajempana kuin Maasta nähtynä. Tähän on syynä jälleen ilmakehättömyys. Kaiken lisäksi koronan voi ainakin teoriassa saada näkymään vaikka varsinaisesti pimennys ei olisikaan meneillään yksinkertaisesti peittämällä Auringon vaikka avaruuspuvun kädellä. Tosin koronan näkymistä vaikeuttaa silmän sopeutumattomuus pimeään, sillä ympäröivä kuunmaisema on edelleen kirkkaassa auringonvalossa. Maiseman ja himmeän koronan välinen kirkkausero on niin paljon suuri, että korona ei paljain silmin varmastikaan näkyisi.

Oheisissa kuvissa on lauantaina 4.4.2015 näkynyt kuunpimennys Kuusta nähtynä simuloituna. Havaintopaikaksi valitsin Tycho-kraatterin Kuun eteläisellä pallonpuoliskolla, jossa pimennyksen kesto ja tummuus oli kaikkein suurin.

Ennen kuin auringonpimennyksen osittainen vaihe ehti päättyä,
maapallo ehti peittämään myös Uranus-planeetan. Piirros Kari A. Kuure.