Kone joka rikkoo fysiikan lakeja

Syvällä Ranskan ja Sveitsin rajan alla pyörii jättimäinen rengas. Se on 27 kilometriä pitkä ja täynnä kaikkein kehittyneintä teknologiaa, mitä ihminen on saanut aikaan. Tätä laitetta kutsutaan LHC:ksi, ja sen tehtävä on yksinkertainen: etsiä virheitä omasta toiminnastaan.

Fysiikan tutkijat ovat jo vuosia törmäyttäneet hiukkasia toisiinsa hurjilla nopeuksilla. He etsivät pieniä poikkeamia, jotka paljastaisivat, missä nykyinen käsityksemme todellisuudesta menee pieleen. Nyt sellaisia merkkejä on alkanut ilmestyä.

Miksi Standardimalli ei riitä

Fysiikalla on käytössään sääntökirja nimeltä Standardimalli. Se on toiminut hyvin yli viisikymmentä vuotta. Sen avulla on pystytty selittämään, mistä aine koostuu ja miten perushiukkaset käyttäytyvät.

Mutta malli on keskeneräinen. Se ei kerro mitään pimeästä aineesta, joka täyttää neljänneksen maailmankaikkeudesta. Se ei myöskään selitä painovoimaa. Siksi tutkijat jatkavat kokeita. He haluavat löytää ne kohdat, joissa malli pettää.

Pingviinit ja outo käyttäytyminen

Eräs koe keskittyi B-mesoneihin. Nämä hiukkaset voivat hajota tietyllä tavalla, jota fyysikot kutsuvat pingviinihajoamiksi. Nimi tulee siitä, että hajoamiskaavio muistuttaa pingviiniä.

Tällaiset hajoamiset ovat harvinaisia. Niitä tapahtuu suunnilleen kerran miljoonasta. Silti tutkijat onnistuivat mittaamaan niitä riittävän tarkasti. Tulokset poikkesivat odotetusta. Hiukkaset eivät käyttäytyneet Standardimallin ennustamalla tavalla.

Neljä sigman raja

Ero mittauksen ja ennusteen välillä ei ollut vielä riittävän suuri. Tilastollisesti se vastasi noin yhtä tapausta 16 000:sta. Fyysikot vaativat viiden sigman varmuutta ennen kuin he julistavat uuden löydön. Se tarkoittaa, että virheen todennäköisyys saisi olla korkeintaan yksi 1,7 miljoonasta.

Nyt ollaan neljässä sigmassa. Se on lupaavaa, mutta ei vielä riitä. Tilanne muistuttaa tilannetta, jossa kolikko näyttää antavan aina kruunun. Epäily herää, mutta lopullista päätelmää ei voi vielä tehdä.

Sama tulos toisesta kokeesta

Mielenkiintoista on se, että toinen riippumaton koe LHC:ssä sai samanlaisen tuloksen. CMS-kokeessa havaittiin samanlaisia poikkeamia. Kun kaksi eri ryhmää löytää saman asian eri menetelmillä, asia muuttuu vakavammaksi.

Jos poikkeamat pysyvät, kyseessä voi olla uusi hiukkanen tai voima, jota Standardimalli ei tunne. Se olisi merkittävä löytö. Se muuttaisi käsitystämme maailmankaikkeudesta.

Hidas mutta varma prosessi

Fysiikan läpimurrot eivät synny yhdessä yössä. Ne vaativat vuosien mittauksia ja useita riippumattomia vahvistuksia. Tällä hetkellä ollaan siinä vaiheessa, jossa tulokset ovat kiinnostavia mutta eivät vielä vakuuttavia.

Seuraavien vuosien aikana LHC kerää lisää dataa. Myös muut kokeet ympäri maailmaa testaavat samoja ilmiöitä. Vähitellen kuva tarkentuu. Tiede etenee askel kerrallaan kohti parempaa ymmärrystä.