Ensimmäinen hiukkassuihku kulki koko LHC-kiihdyttimen läpi onnistuneesti

Maailman suurin tieteellinen mittalaite, Sveitsin ja Ranskan rajalla Genevessä sijaitseva Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen CERNin uusi LHC-kiihdytin käynnistetään keskiviikkoaamuna klo 10 ja 11 välillä Suomen aikaa. Ensimmäinen protonisuihku kulki koko tunnelin 27 kilometrin tunnelin läpi keskiviikkoaamuna klo 11:28 Suomen aikaa.

CERNin edellinen suuri kiihdytin LEP suljettiin vuonna 2001 ja siitä lähtien on sen käytössä olleeseen maanalaiseen tunneliin, sata metriä maan alla on rakennettu uutta entistä suurempaa kiihdytintä LHC:ta, large hadron collideria. Tunneli on lähes 27 kilometriä pitkä, liki ympyränmuotoinen.

LHC:n rakentamisesta päätettiin vuonna 1994. Itse kiihdyttimen rakentaminen on maksanut noin 3 miljardia euroa ja sen päälle tulevat hiukkastörmäyksiä analysoivat ilmaisimet, Niiden kustannukset ovat noin 3,5 miljardia euroa eli yhteensä koko laitos on maksanut noin 6,5 miljardia euroa. Alkuperäinen budjetti on ylitetty noin 30%:lla. Suomen tämän hetken suurin rakennushanke, Olkiluodon kolmas ydinvoimala maksaa suunnilleen saman verran kuin LHC:n hiukkasilmaisimet, 3,7 miljardia euroa.

LHC on hankkeena valtava: se on maailman suurin tieteellinen laitteisto, sen parikymmenmetriset hiukkasilmaiset ovat suurimpia ja mutkikkaimpia havaintolaitteita mitä koskaan on rakennettu, hiukkasten ohjaukseen tarvittavien suprajohtavien magneettien jäähdyttämiseen käytettävä jäähdytyslaitteisto on maailman suurin jäähdytin, sen tulosten laskemiseen tullaan käyttämään maailman tehokkainta superlaskentajärjestelmää.

LHC:ssä törmäytetään keskenään kaksi protoneista koostuvaa, lähes valon nopeudella liikkuvaa hiukkassuihkua vastakkaisiin suuntiin. Lähes valonnopeus tarkoittaa 99,9999 % valon nopeudesta. Hiukkaset törmäytetään neljän koeaseman kohdalla ja koeasemien ilmaisimilla kerätään tiedot törmäyksessä syntyvistä hiukkasista, niiden massoista ja lentoradoista.

Kaksi suurinta koeasemaa, ATLAS ja CMS, keskittyvät aluksi ns. Higgsin hiukkasen etsimiseen ja sen ominaisuuksien selvittämiseen. Muita tutkimuskohteita ovat ns. supersymmetriset hiukkaset ja materian ja antimaterian suhde maailmankaikkeudessa. Suomalaisia fysiikantutkijoita on mukana erityisesti CMS-kokeessa. Suomalaistutkimusta koordinoidaan Helsingin fysiikan tutkimuslaitoksen HIPin kautta.

Higgsin hiukkanen kuuluu alkeishiukkasten ns. standardimalliin ja se tarvitaan jotta hiukkasten massa pystytään selittämään. Higgsin hiukkanen on viimeinen puuttuva palanen standardimallista ja laskujen mukaan se löytyy LHC-kiihdyttimen saavutettavissa olevalla energia-alueella. Jos sitä ei löydy, mallia on korjattava. Koska Higgsin hiukkasen energiasta ei ole varmaa tietoa, tulee sen löytäminen ja löydön varmistaminen kestämään aikansa. Tutkijat arvioivat että noin vuoden kuluttua hiukkanen on joko löydetty tai sitten sitä ei ole.

Standardimalli ei ole ainoa alkeishiukkasten käyttäytymistä ja ominaisuuksia kuvaava teoria.. Myös niiden ennustamia ilmiöitä ja hiukkasia saattaa löytyä LHC-kokeessa. Uudella kiihdyttimellä on spekuloitu löytyväksi myös vielä eksoottisempia ilmiöitä. Yksi ovat ns. minikokoiset mustat aukot, joita jotkut ovat pitäneet lähiympäristön turvallisuudelle uhkana. CERNistä vakuutetaan että vaaraa ei ole.

Ensimmäiset koeajot tullaan tekemään suhteellisen pienellä hiukkassuihkun energialla ja laitteiden hienosäädön parantuessa energiaa lisätään. Lopulliseen energiatasoon päästäneen vuonna 2010. LHC-kiihdyttimen käyttöiäksi arvioidaan 15 vuotta. Se ei ole kerralla valmis vaan sen äärelle tullaan rakentamaan uusia havaintolaitteita.

(CERN 10.9.)