HIP ja Higgsin bosoni

      No Comments on HIP ja Higgsin bosoni

Fysiikan tutkimuslaitoksen (HIP) perustamisesta tulee tänä vuonna kuluneeksi 25 vuotta.

HIP perustettiin v. 1996 yhdistämällä Helsingin yliopiston Suurenergiafysiikan tutkimuslaitos (SEFT) ja Teoreettisen fysiikan tutkimuslaitos (TFT) sekä Teknillisen korkeakoulun Hiukkasfysiikan teknologian instituutti (HTI). Yhdistämisellä pyrittiin vahvistamaan Suomessa tehtävän teoreettisen ja kokeellisen fysiikan tutkimuksen organisointia ja niiden välistä synergiaa. Tutkimuslaitoksena HIP perustettiin Helsingin yliopiston yhteyteen ja sen rahoitus kanavoitiin yliopiston kautta. Ensimmäiseksi johtajaksi nimitettiin professori Eero Byckling Teknillisestä Korkeakoulusta (TKK).

Kokeelliselle hiukkasfysiikalle HIPin perustaminen oli positiivinen askel, sillä se kokosi kaikki suomalaisen kokeellisen hiukkasfysiikan tutkimuksen resurssit yhteen hyvin suunnitellun, modernin organisaation osaksi. Kokeellisen hiukkasfysiikan tutkimusta oli Suomessa tehty aluksi Helsingin yliopistossa v. 1966 lähtien ja v. 1991 Suomi oli liittynyt CERNin jäsenvaltioksi. HIPin perustamisen aikaan suomalaiset kokeellisen hiukkasfysiikan tutkijat (SEFTistä ja HTIstä) olivat osallistuneet kuuden vuoden ajan CERNin kaavailemalla suurella protoni-protoni-törmäyttimellä tehtävien kokeiden suunnitteluun. Oli liitytty kahteen uudella kiihdytinlaitteistolla suunnitteilla olleeseen kokeeseen, joiden yhtenä päätavoitteena oli standardimallin ennustaman ns. Higgsin hiukkasen löytäminen protoni-protoni-törmäytinkokeissa. Suomalainen panos LHC-tutkimusprojektiin siirtyi nyt HIPin projektiksi.

Seuraavassa lyhyt kuvaus HIPin CMS-projektista aina Higgsin hiukkasen löytymiseen asti v. 2012.

LHC:n ja LHC-kokeiden suunnittelu

Large Hadron Collider (LHC), kuten CERNin uutta kiihdytinkompleksia alettiin nimittää, on uuden sukupolven hiukkaskiihdytinlaitteisto ja protoni-protonitörmäytin, jonka suihkujen energian tavoitteeksi asetettiin 7 TeV, joka oli lähes kymmenkertainen USA:n Fermin kansallisen laboratorion v. 1991 käynnistyneen Tevatron antiprotoni-protoni-törmäyttimen suihkuenergioihin verrattuna. LHC:n energia oli asetettu niin, että törmäyttimellä voitaisiin tuottaa uusia hiukkasia aina 1000 GeV/c2:n massaan asti. Higgsin hiukkanen on Steven Weinbergin ja Abdus Salamin v. 1967 esittämän alkeishiukkasten sähköheikon vuorovaikutuksen teorian (Glashow-Weinberg-Salam teoria) keskeinen rakenneosa. Teoriaa oli laajalti ja menestyksellisesti testattu 1980-luvun loppuun mennessä, mutta Higgsin bosoni ja top-kvarkki olivat löytämättä. Niitä oli etsitty viimeksi CERNin SPS protoni-antiprotoni-törmäyttimellä 1980-luvulla, ilman tulosta. Teoria ei anna Higgsin hiukkasen massalle tarkkaa teoreettista ennustetta, mutta teoria asettaa sen ylärajaksi noin 1000 GeV/c2.

LHC-kokeiden suunnittelu aloitettiin 1980-luvun lopulla ja ensimmäiset konkreettiset koeasema-konseptit esitettiin v. 1990. Näistä ns. Compact Muon Solenoid (CMS) -suunnitelma oli pääasiassa CERNin SPS-törmäyttimellä vv. 1979­–1989 tehtyyn UA1-kokeeseen osallistuneiden tutkijoiden hanke. Helsingin yliopiston Suurenergiafysiikan laitoksen UA1-tutkijaryhmä oli CMS:n suunnittelussa mukana alusta lähtien. Pienempi suomalainen ryhmä LEP-törmäyttimellä meneillään olleesta DELPHI-kokeesta liittyi puolestaan ATLAS-hankkeeseen LHC:llä. CMS- ja ATLAS-koeasemaesitykset (Letters of Intent) hyväksyttiin alustavasti CERNin tutkimusohjelmaan v. 1993.

CMS-koeaseman suunnittelussa suomalainen tutkijaryhmä keskittyi kahteen projektiin. Toinen oli teorian ennustaman protoni-protoni-törmäyksissä syntyvien Higgsin hiukkasten fysiikan simulointi, CMS-koeaseman simulointi sekä sen mittaamien hiukkasten ratojen tunnistamiseen ja rekonstruointiin tarvittavan tietokoneohjelmiston rakentaminen.  Tässä suomalaisilla tutkijoilla oli vahvaa osaamista ja kokemusta UA1-kokeesta. Toinen hanke oli koeaseman laitteiston suunnittelu ja prototyyppirakentaminen. LEPin DELPHI-kokeen verteksi-ilmaisimen (törmäyspisteen mittaamiseen tarvittava ratailmaisin) rakentamisesta saadun osaamisen pohjalta lähdettiin suunnittelemaan piinauhailmaisimiin perustuvaa CMS:n keskusratailmaisinta. Lisäksi tärkeänä osana oli koeaseman ilmaisimista antaman mittaustiedontiedon lukujärjestelmän suunnittelu ja rakentaminen, missä suomalaisille tutkijoilla oli kokemusta UA1- ja DELPHI-kokeista.

LHC-törmäytinkompleksin rakennussuunnitelma valmistui v. 1994. Kun alustavia sitoumuksia hankkeen rahoittamiseen oli saatu riittävästi, CERNin Neuvosto teki joulukuussa 1994 päätöksen LHC:n rakentamisesta. Päätöksen yksityiskohdat vahvistettiin v. 1996, jolloin suihkuenergiaksi varmistettiin 7 TeV ja budjetti kiinnitettiin 2563 milj. Sveitsin frangiin. LHC:n käynnistyminen suunniteltiin tapahtuvaksi v. 2005.

Koeasemien alustavat rakennussuunnitelmat (Technical Proposals) valmistuivat v. 1995 ja niiden perusteella CERNin LHC-komitea suositteli CERNin johdolle ATLAS- ja CMS-projektien lopullista hyväksymistä laitoksen tutkimusohjelmaan. Hyväksymisen vahvisti CERNin pääjohtaja Chris Llewellin-Smith 31.1.1995. Koeasemien rakennuskustannusten ylärajaksi asetettiin 476 milj. Sveitsin frangia.

Suomessa oli nyt tehtävä päätökset koeasemien rakennustöiden rahoittamisesta. Suomen osallistumista rahoitukseen oli kaavailtu n. 5 milj. Sveitsin frangiksi (n. 20 milj. Suomen markkaa). LHC-kokeiden rahoitusta koskevia neuvottelut aloitettiin Opetusministeriössä ja sieltä näytettiinkin vihreää valoa. Tämän perusteella SEFTin johtokunta päätti kokouksessaan 24.8.1995 sitoutua CMS-kokeen rahoitukseen 5 milj. frangilla edellyttäen, että rahoitus järjestyy Opetusministeriön myötävaikutuksella. SEFTin budjettiin summa oli aivan liian suuri. ATLAS-projektiin osallistumisen kustannukset olivat pienet ja mahtuivat SEFTin budjettiin.

HIPin perustaminen ja LHC- tutkimusohjelman organisointi

Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) perustettiin syksyllä 1996. HIPin toiminta organisoitiin tutkimusohjelmiin, joilla oli omat johtajansa. LHC-kokeita varten muodostettiin LHC-ohjelma (vuodesta 2003 CMS-ohjelma), jonka johtajaksi tuli v. 1998 lähtien dos. Jorma Tuominiemi.

LHC-ohjelma jakaantui kahteen projektiin, Software and Physics -projektiin ja CMS Outer Tracker-projektiin. Software and Physics -projekti keskittyi CMS-kokeen analyysiohjelmien kehitystyöhön sekä simulaatiotutkimuksiin, joissa selvitettiin suunnitellun CMS-koeaseman potentiaalia löytää Higgsin bosoni LHC-törmäyttimellä saavutettavalla massa-alueella (100­–1000 GeV/c2). Projektin päällikkönä toimi dos. Veikko Karimäki. Tracker-projekti jatkoi CMS:n keskusratailmaisimen uloimman osan (Tracker Outer Barrel, TOB) hiilikuitutukirakenteen suunnittelua ja prototyyppien rakentamista. Projektiin kuului aluksi myös ratailmaisimen hiukkasilmaisimien suunnittelu ja prototyyppirakentaminen. Pääpaino oli kuitenkin TKK:n Hiukkasfysiikan teknologian instituutissa aloitettu TOB:n mekaanisen rakenteen suunnittelu ja prototyyppien testaaminen. HIP nimitti projektin päälliköksi TkT Miikka Kotamäen TKK:sta. Projektin jäseninä olivat DI Niko Eiden, DI Harri Katajisto, DI Kari Tammi ja DI Tommi Vanhala.

Rahoitus

ATLAS- ja CMS-projektien osanottajainstituutit saivat v. 1996 aikana valmiiksi alustavat sopimukset koeasemien rakennussuunnitelmista ja rakentamiskustannuksista (Interim Memorandum of Understanding of the Initial Phase of the ATLAS/CMS Experiment). HIP sitoutui maksamaan ATLAS-projektille 50 000 Sveitsin frangia ja CMS-kokeelle 100 000 frangia vv. 1997–98. Lisäksi HIP sitoutui CMS:n rakennuskustannuksiin 5 milj. frangilla vv. 1998–2005, edellyttäen että tutkimuslaitos saisi tarvittavan määrärahan sen budjetin ulkopuolisena lisärahoituksena.

Rahoituksen järjestäminen Suomessa eteni nopeasti vuoden 1998 aikana. Tässä vaiheessa myös Jyväskylän yliopisto oli tulossa HIPin jäsenyliopistoksi. Se oli liittynyt LHC:llä tehtävään raskasioni-törmäyskokeeseen (ALICE). LHC-kokeiden rahoituksesta käydyissä Opetusministeriön, Suomen Akatemian, Helsingin yliopiston, TKK:n ja Jyväskylän yliopiston välisissä neuvotteluissa päädyttiin rahoitusmalliin, jonka mukaan Opetusministeriö kattaisi kolmasosan, Suomen Akatemia kolmasosan ja HIPin jäseninä olevat Helsingin yliopisto, Teknillinen korkeakoulu ja Jyväskylän yliopisto yhdessä kolmasosan tarvittavista rakennusmäärärahoista. CMS-kollaboraation kanssa sovittu kokonaissumma oli 5 milj. Sveitsin frangia ja ALICE-kollaboraation kanssa sovittu rahoitus 1 milj. frangia, jotka silloisilla valuuttakursseilla olivat yhteensä 21,2, milj. markkaa. ATLAS-kokeeseen osallistumisesta HIP päätti vetäytyä. Rahoituksen varmistaminen oli merkittävä etappi suomalaisen kokeellisen hiukkasfysiikan tutkimuksen ja Suomen CERN-yhteistyön kannalta. Tie Higgsin hiukkasen etsintään oli avattu. HIPin johtokunta saattoi valtuuttaa HIPin johtajan allekirjoittamaan CMS-kollaboraation ja ALICE-kollaboraation lopulliset rakennus- ja rahoitussopimukset (Memoranda of Understanding).

HIPin Tieteellinen neuvottelukunta (Scientific Advisory Board, SAB) asettui tukemaan LHC-kokeisiin osallistumista Memorandum of Understanding -suunnitelmassa määriteltyjen vastuiden mukaan. Neuvottelukunta korosti, että koska CMS-kokeen aikataulu vuosille 1998–­2005 oli tiukka ja vaativa, HIPin tuli nopeasti varmistaa kaikki tarvittavat resurssit.

Professori Eero Byckling -siirtyi eläkkeelle 1.7. 2000. HIPin uudeksi johtajaksi valittiin professori Dan-Olof Riska Helsingin yliopistosta.

HIPin LHC-ohjelman osallistuminen CMS-koeaseman rakentamiseen

CMS-kokeen rakentamiseen osallistuminen sujui hyvin. Vuonna 1999 saatiin TOB:n tukirakenteen täysimittainen prototyyppi ”Big Wheel” valmiiksi CERNissä. Sen lujuustestit tehtiin vuoden 2000 aikana, minkä jälkeen se läpäisi marraskuussa CMS:n Engineering Design Review -evaluaation. CMS saattoi nyt ryhtyä TOB:n tukirakenteen -tilausprosessiin teollisuudesta. Miikka Kotamäen siirryttyä CERNin henkilökuntaan ja ATLAS-projektiin uudeksi projektipäälliköksi nimitettiin TkL Eija Tuominen.

Teknisesti vaativa osa projektia oli Ilmaisinmodulien kiinnityskiskojen suunnittelu ja rakentaminen. Hanke aloitettiin HIPin tiloissa Kumpulassa v. 2002. Kumpulan HIPin ja Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen yhteiseen ilmaisinlaboratorioon rakennettiin kiskojen rakennustilat ja -välineistö sekä palkattiin tarkkuusasennuksiin koulutettu mekaanikko. Tehtävään tuli mekaanikko Jarmo Kortesmaa Suomen kelloseppäkoulusta. Rakennusprojektin koordinaattoriksi nimitettiin DI Harri Katajisto. Vuoden 2003 lopulla palkattiin vielä toinen mekaanikko, Auli Kuronen, kelloseppäkoulusta hänkin. Kiskot rakennettiin Kumpulan ilmaisinlaboratoriossa ja niiden fysikaaliset mitat tarkistettiin TKK:n Konetekniikan laboratoriossa. Erikoishiilikuitumateriaalin kiskoihin toimitti EXEL Compositions Oyj. Kiskojen valmistus saatiin päätökseen v. 2005, jolloin CERNiin oli toimitettu 750 moduli-kiskoa.

HIPin CMS Software and Physics -projektissa jatkettiin protoni-protoni-törmäystapahtumien simulointi- ja rekonstruktioalgoritmien sekä analyysiohjelmistojen kehittämistä. CMS:n Technical Design -raportteja varten tarvittiin huomattava määrä simuloituja törmäystapahtumia, joitten tuottamiseen HIPin ryhmä osallistui. Projektissa työskentelivät dos. Veikko Karimäki (projektin johtaja), dos. Ritva Kinnunen, FT Tomas Lindén, PhD Kati Lassila-Perini, sekä tohtoriopiskelijat FM Aatos Heikkinen, FM Sami Lehti, DI Tapio Lampén, DI Jukka Nystén, DI Mikko Voutilainen ja FM Lauri Wendland.

Tässä vaiheessa CMS-kollaboraatio oli kasvanut jo suureksi, jäsenluettelossa oli lähes 2000 nimeä. CMS-instituutit rekrytoivat mukaan runsaasti tohtoriopiskelijoita, tässä vaiheessa erityisesti fysiikan simulointiin. Tämä aiheutti paineita pienempien instituuttien toiminnalle ja useissa fysiikan analyysiprojekteissa päävastuu luisui suuremmille CMS-instituuteille. Myös HIPin Software and Physics -projekti joutui luovuttamaan johtoaseman joissakin tutkimusaiheissa yksinkertaisesti siksi, että suuremmilla instituuteilla oli enemmän työvoimaa. Standardimallin Higgsin hiukkasen tärkeimpien hajoamiskanavien tutkimukset siirtyivät vähitellen johtavien CMS-instituuttien kontrolliin. HIPin ryhmän osaaminen ja pitkä kokemus riittivät kuitenkin useissa aiheissa johtavan aseman säilyttämiseen. HIPin ryhmä keskittyi mm. tutkimaan Minimal Supersymmetric mallin (MSSM) Higgsin bosonien hajoamisprosessien mittausta CMS-koeasemassa, mistä muodostui pitkäaikainen tutkimusprojekti.  Erityisesti tau-leptoni -kanavat ja niiden liipaisualgoritmit olivat ryhmän vastuulla. Elektromagneettisen kalorimetrin ja ratailmaisimien antaman informaation yhdistämisen avulla voitiin laatia tehokas liipaisualgoritmi High Level Trigger  -vaihetta varten. Aiheesta syntyi v. 2001 FM Sami Lehden väitöskirja:” Prospects for the Detection of Neutral MSSM Higgs Bosons Decaying into Tau Leptons in the CMS Detector”. Se oli HIPin ensimmäinen LHC-fysiikasta tehty väitöskirja.

Välitavoitteen ”CMS Physics Technical Report” -vaihetta varten CMS-kollaboraatio teki v. 2003 laajan simulaatiotutkimuksen CMS:n potentiaalista löytää Higgsin bosoni. Tutkimus käsitti kaikki tärkeimmät hajoamiskanavat sekä standardimallin että MSSM:n Higgsin bosoneille. HIPin fysiikan ryhmän vastuulle annettiin tutkimuksen organisointi ja jo tehtyjen tutkimusten päivittäminen koeaseman viimeisintä suunnitelmaa vastaaviksi. Tutkimukset osoittivat, että 150-500 GeV:n massa-alueella standardimallin Higgsin bosonin oli löydettävissä jo 10 fb-1:n integroidulla luminositeetilla, joka suunnitelmien mukaan voitaisiin saavuttaa ensimmäisen vuoden ajojen aikana.

Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LUT) liittyi CMS-kollaboraation jäseneksi syksyllä 2003. CMS:n keskusratailmaisimen pii-ilmaisimien suunnitteluun osallistunut FT Tuure Tuuva oli nimitetty professoriksi Lappeenrantaan ja perustanut sinne Mikroelektroniikan laboratorioon CMS-ryhmän. Ryhmään kuuluivat FM Kukka Banzuzi, FM Ahti Karjalainen, FM Arja Korpela ja M.Sc. Giovanni Polese. LUT otti vastuulleen Resistive Plate Chambers (RPC) -ilmaisinjärjestelmän tiedonkeruujärjestelmän linkkikorttien jatkosuunnittelun yhdessä Varsovan yliopiston CMS-ryhmän ja Varsovan Teknillisen yliopiston ryhmien kanssa. Korttien ensimmäiset tuotantoprototyypit toimitettiin CERNiin v. 2005 lopussa. CMS-toiminta Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa oli laajentunut siinä määrin, että se liittyi HIPin jäsenyliopistoksi 27.9.2006.  RPC-ilmaisimilla tehtävän myoniliipaisun linkkikorttien tuotannosta sovittiin keväällä v. 2006 HIPin ja Lappeenrannan yliopiston elektroniikan suunnittelukeskuksen välillä. Tuotanto rahoitettiin HIPin CMS-rakennusbudjetista Memorandum of Understanding-sopimuksen mukaisesti. Tämän jälkeen Lappeenrannan ryhmä osallistui RPC-liipaisujärjestelmän ylläpitoon ja operointiin.

CMS:n keskusratailmaisimen (Tracker) TOB-osan rakennustyöt tehtiin CERNissä vv. 2004–2007. Projekti toteutettiin CERNin, HIPIn ja yhdysvaltalaisten Fermilaboratorion ja Santa Barbaran yliopiston yhteistyönä. Rakennustöihin CERNissä osallistuivat myös ilmaisinmoduli-kiskot Helsingissä rakentanut mekaanikkoryhmä (Jarmo Kortesmaa, Auli Kuronen ja Pauli Engström). Koko CMS Tracker saatiin koottua syksyllä v. 2007 ja joulukuussa se siirrettiin CMS-koeaseman luolaan yhteyteen loppuasennusta varten. Koko CMS-koeasema oli lopullisesti toimintakunnossa ja testattu v. 2008 kesällä.

LHC-kokeiden aloitus v. 2009 ja Higgsin bosonin löytyminen v. 2012

LHC:n rakennustyöt oli aloitettu v. 2000. Törmäyttimen valmistuminen lykkääntyi ensin arvioitujen rakennuskustannusten ylitysten vuoksi vuodesta 2005 vuoteen 2008 ja sitten käyttöönoton yhteydessä tapahtuneen kahden suprajohtavan magneetin välisen suprajohdeliitoksen pettämisen vuoksi marraskuuhun 2009. Uusi käyttöönottoprosessi sujui hyvin ja törmäytinkokeet voitiin aloittaa v. 2010 keväällä, aluksi 3,5 TeV:n suihkuenergioilla. Kaikki koeasemat ATLAS, CMS; ALICE ja LHCb olivat tuolloin valmiina aloittamaan protoni-protoni-törmäysten rekisteröinnin. Vuosien 2010–­2011 ajot osoittivat, että CMS-koeaseman kaikki osat toimivat suunnitellulla tehokkuudella ja tarkkuudella. HIPin CMS-tutkimusryhmä saattoi todeta tyytyväisyydellä, että keskusratailmaisimen TOB-osa toimi moitteettomasti. Perusteellinen laatutarkkailu Ilmaisinjärjestelmien, myös TOB-tukirakenteen rakentamisen kaikissa vaiheissa oli taannut laitteiston toimintavarmuuden. Kokeiden käynnistyttyä HIPin CMS-ryhmä osallistui paitsi kerätyn datan analysointiin, myös koeaseman ajamiseen liittyviin tehtäviin.

Vuonna 2010 HIPin CMS-projektin ohjelmanjohtaja vaihtui. Prof. Jorma Tuominiemi siirtyi eläkkeelle ja hänen tilalleen tuli FT Paula Eerola, joka oli nimitetty Helsingin yliopiston hiukkasfysiikan professoriksi v. 2009.

Vuoden 2012 alussa LHC:n suihkuenergioita nostettiin 4 TeV:hen. Suihkujen intensiteettiä oli saatu nostettua merkittävästi ja teoreettisten laskelmien mukaan Higgsin hiukkasen löytäminen v. 2012 aikana näytti mahdolliselle, jos hiukkasen massa olisi pienempi kuin 150 GeV/c2. Vuoden 2011 kokeissa oli jo saatu alustavia viitteitä Higgsin hiukkasen olemassaololle 120­–130 GeV/c2:n massa-alueella, mutta tarvittiin suurempi määrä törmäyksiä selvittämään, oliko kyseessä tilastollinen heilahdus taustareaktioiden massajakautumassa. Kokeet aloitettiin maaliskuussa suuren jännityksen vallitessa. Kesäkuun loppuun mennessä dataa oli jo kertynyt niin paljon, että datan analyysi vahvisti tilastollisesti merkittävästi Higgsin hiukkasen olemassaolon 125 GeV/c2:n massalla. Signaali näkyi kahden hajoamismoodin massajakautumissa. Nämä kokeellisesti helpoiten mitattavat moodit olivat Higgsin hiukkasen hajoaminen neljään myoniin sekä hajoaminen kahteen fotoniin. Tulokset julkaistiin 4.7. 2012 CERNissä pidetyssä seminaarissa, jossa CMS- ja ATLAS-kokeiden silloiset puhehenkilöt Dr. Fabiola Gianotti (ATLAS) ja professori Joe Incandela (CMS) pitivät esitykset saaduista tuloksista. CERNin suuri auditorio pullisteli kuulijoita. Läsnä olivat myös professorit Peter Higgs ja Francois Englert, jotka v. 1964 ensimmäisinä esittivät teoreettiset tutkimukset Higgsin hiukkasen olemassaoloon johtaneesta sähköheikon vuorovaikutuksen spontaanista symmetriarikosta. CERNin pääjohtaja Rolf Heuer lausui seminaarin päätössanoissaan: ”Results of today were only possible due to the extraordinary performance of the accelerators, experiments and GRID-computing.”

Higgsin hiukkasen löytyminen sai valtavasti huomiota. CERNissä seminaaritapahtumaan osallistui 55 mediaorganisaatiota, joilla oli paikalla oma lähetyskalusto tai ainakin oma toimittaja. Tilaisuutta seurattiin joukolla lehdistön kanssa myös etäyhteydellä Helsingissä Kumpulan kampuksella HIPin tiloissa ja saavutusta juhlittiin samppanjan kera.

Kokeet jatkuivat vuoden 2012 loppuun asti. Koko vuoden aikana kerätystä datasta tehty tarkempi analyysi osoitti, että löydetyn hiukkasen spin ja pariteetti olivat standardimallin Higgsin hypoteesin mukaiset. Näin oli aineen perusrakenteen standardimallin viimeinen puuttuva hiukkanen löydetty ja suunta jatkotutkimuksille viitoitettu. Jatkotutkimuksissa ensimmäinen kysymys luonnollisesti oli, oliko löydetty hiukkanen vain standardimallin Higgsin bosoni vai yksi standardimallin laajennusten ennustamista Higgsin hiukkasista. Jälkimmäisessä tapauksessa niitä pitäisi olla useampia ja havaittu hiukkanen voisi olla niiden ennustama sähkövaraukseltaan neutraali Higgsin hiukkanen. Tämän kysymyksen tutkimista on tätä artikkelia kirjoitettaessa tehty LHC-kokeissa vuosien ajan, dataa on saatu kokeista 30-kertainen määrä vv. 2011–­2012 verrattuna, mutta selvyyttä teorian laajennuksesta ei ole saatu. Kokeet jatkuvat, suunnitelmissa on, että LHC:n tutkimuskapasiteetti riittää aina 2030-luvulle asti. HIPin tutkimusryhmät, jotka nyt koostuvat uusista lupaavista nuorista tutkijoista, jatkavat kokeissa aktiivisina mukana, monet CMS:n tutkimusryhmien koordinaattoreina.

Nobelin palkinto v. 2013

Peter Higgs ja Francois Englert saivat v. 2013 Nobelin fysiikan palkinnon tutkimuksistaan.

Nobel-komitean kunniamaininnassa hiukkasen löytyminen ATLAS- ja CMS-kokeissa on myös eksplisiittisesti mainittu. Euroopan Fyysikkoseura puolestaan myönsi kesällä 2013 vuotuisen fysiikan palkintonsa yhdessä ATLAS- ja CMS-kollaboraatioille sekä kokeiden ensimmäisille puhemiehille (Michelle Della Negra/CMS, Peter Jenni/ATLAS ja Tejinder Virdee/CMS). Laajempi kuvaus CMS-kokeesta löytyy kirjasta ”Kuplakammiofysiikasta Higgsin bosoniin” (kirjoittanut Jorma Tuominiemi), joka on saatavissa HIPin verkkosivuilta.

Jorma Tuominiemi
Adj. vanhempi tutkija ja emeritus ohjelmajohtaja, CMS
Fysiikan tutkimuslaitos

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *