LHC, Large Hadron Collider eli Suuri Hadronitörmäytin

[jaava]

LHC:n vuoden 2011 törmäytykset on nyt tehty. CMS- ja ATLAS-kokeissa metsästetyssä "jumala"-hiukkasesta (Higgs boson) ei ole vieläkään varmaa tietoa. On edelleen mahdollista, ettei koko hiukkasta ole olemassakaan. Mutta Standardimalli vaatii joko Higgsin, joka olisi yksinkertaisin selitysmalli, tai jotain muuta selittämään kuinka alkeishiukkaset saavat massan.

[Mare Nectaris]

... On edelleen mahdollista, ettei koko hiukkasta ole olemassakaan...

Niinhän toki on, mutta toisaalta professori Heuer (Cernin johtaja) toteaa, että Higgsin bosonista on saatu tähänastisilla kokeilla havaintoja ns. "kahden sigman tasolla" (tarkoittaa tilastollisesti havainnon 95 % varmuutta ja 5 % satunnaisuuden riskiä). Higgsin tapauksessa vaaditaan kuitenkin ns. "viiden sigman taso", eli havainnon aiheuttajana sattuman halutaan olevan mahdollisuutena alle yksi miljoonasta. Lisää BBC:n uutisessa. 

[Lauri Kangas]

Toisin sanoen siis käyrissä näkyy piikkejä oikeilla kohdilla, mutta eivät ole vielä tilastollisesti merkittäviä. 2012 aikana kerättäneen nelinkertainen määrä dataa nykyiseen verrattuna jonka pitäisi kuulemma yksikäsitteisesti paljastaa onko mokomaa bosonia vai ei.

Jos 95% kuulostaa omasta mielestä riittävän hyvältä todennäköisyydeltä, niin tässä perspektiiviä: http://xkcd.com/882/

[mistral]

Mitenköhän Higgsin hiukkanen tekee massan? Asiaa ei selvennä yhtään se että sitä ei tahdota Cernissäkään löytää, mutta massa ilmenee vaikkapa vyötäröllä hyvin konkreettisesti. Eli onko Higgs koko ajan olemassa, vaikka se kiihdyttimessä hajoaa alta aikayksikön?

[Kalle]

Tapaus taitanee olla analoginen vuorovaikutusvoimien kentille (ja hiukkasille). Esim:
Säkömagneettinen kenttä, jossa havaitaan SM-vuorovaikutuksen toiminta,
Grvatitaatiokenttä, jossa taas painovoima puree, josta gravitonit ja gravitaatioaallotkin löytynevät ja
Higgsin kenttä, tai higgsinkondensaatti tai mikälie, joka sitten jakelee tietyin parametrein kullekkin hiukkaselle kuuluvan massan - massattomuuden.
Voi myös olla, että puhuin omiani.

Niin ja sen löytämisen vaikeus tai hitaus pitäisi olla ilmeisesti tilastojen ja todennäköisyyden voittamisesta kiinni, eikä niinkään turhista hauista.
http://www.avaruus.fi/uutiset/kosmologia-ja-teoreettinen-fysiikka/higgsin-hiukkasen-uskotaan-loytyvan-vuoden-sisalla.html
.. Ja kyllähän se jo ihan kivasti ainakin sieltä jo kurkkailee :)

[Jyri Lehtinen]

Mitenköhän Higgsin hiukkanen tekee massan? Asiaa ei selvennä yhtään se että sitä ei tahdota Cernissäkään löytää, mutta massa ilmenee vaikkapa vyötäröllä hyvin konkreettisesti. Eli onko Higgs koko ajan olemassa, vaikka se kiihdyttimessä hajoaa alta aikayksikön?

Hiukkasfyysikot selittäkööt Higgsin mekanismin toiminna, itse en juuri alaa tunne. Olisi kuitenkin suotavaa, että vallitseva hiukkasfysiikan teoria kykenisi selittämään miksi milläkin hiukkasella on mikäkin massa. Jos ei Higgsin keksimän hiukkasten massan luovan kentän välittäjähiukkasta löydetä, koittavat mielenkiintoiset ajat, kun koko hiukkasfysiikan standardimalli on käytännössä rakennettava uudelleen.

Jos 95% kuulostaa omasta mielestä riittävän hyvältä todennäköisyydeltä, niin tässä perspektiiviä: http://xkcd.com/882/

Tilastotiede on vaikeaa juuri siksi, että se on niin helppo ymmärtää väärin. Jos haluaa vaivata itseään vielä enemmän klassisen hypoteesintestauksen ongelmilla, suosittelen etsimään artikkelin "A practical solution to the pervasive problems of p values" (Wagenmakers 2007).

[Mare Nectaris]

Teorian mukaan Higgsin bosonin massan pitäisi olla n. 124 GeV luokkaa (n. 132 kertaa protonin massa).

Empiiriset havainnot antavat nyt havaintopiikkejä 124-125 GeV vaihteluvälille.

Kuinka varmoja voidaan tilastollisesti olla siitä, että toistettaessa koesarjaa piikki ei osu aivan mihin tahansa, vaan voidaan antaa tilastollinen ennuste sille, millä alueella piikki havaitaan aineistossa koetta toistettaessa? Tätä piikin "huojunta-aluetta" kutsutaan mittauksen luottamusväliksi.

Se, mikä määrää luottamusvälin ääripäät mittaustuloksen ympärillä, on mittauksen sisältämä keskivirhe. Tilastollisesti asia ajatellaan niin, että koesarjaa toistettaessa 95 % havainnoista tulee todennäköisesti sijoittumaan välille, joka on havaittu piikki (esim. 124 Gev) +/- 1,96 x keskivirhe. Käänteisesti ajateltuna on tällöin enintään 5 % riski, että mittaustulos koesarjaa toistettaessa sijoittuu äsken lasketun luottamusvälin ulkopuolelle.

Tietysti keskivirhe on saatava mahdollisimman pieneksi, jotta ennuste tulevien havaintojen luottamusvälistä saadaan mielekkään pieneksi. Jos halutaan varmistaa tilastollinen todennäköisyys, että enää vain yksi miljoonasta havainnosta sijoittuu luottamusvälin ulkopuolelle, on keskivirhe kerrottava n. luvulla 5 (kun se 5 tapausta 100:sta riskitasolla kerrottiin luvulla 1,96).

Ennen kuin päästään tälle luottamustasolle, on mittauksia tehtävä erittäin paljon, jotta niistä lasketun keskivirheen arvo saadaan putoamaan niin pieneksi, että sen kertominen luvulla 5 ei laajenna tilastollista luottamusväliä merkittävästi teorian ennustaman 124 GeV:n ulkopuolelle.

[mistral]

Kun sanotaan että Higgsin hiukkanen antaa esim protonille massan, niin tarkoittaako se massan hitautta?

Jos verrataan fotonin radan kaartumista auringon ohituksessa, niin eikö valon nopeudella kulkeva elektroni kaarra saman verran? Elektronihan massallisena ei tietenkään voi kulkea valon nopeudella, mutta jos voisi, niin eikö silloin fotonin ja elektronin piirtämä kaari olisi samansäteinen? Eli, jos massa ja energia käyttäytyisivät samalla tavalla, mihin Higgsiä tarvitaan? Massan hitauden selittämiseen?

[jussi_k_kojootti]

Jos verrataan fotonin radan kaartumista auringon ohituksessa, niin eikö valon nopeudella kulkeva elektroni kaarra saman verran?

Elektroni kaartaa lisäksi auringon SM-kentän vaikutuksesta.

Elektronihan massallisena ei tietenkään voi kulkea valon nopeudella, mutta jos voisi, niin eikö silloin fotonin ja elektronin piirtämä kaari olisi samansäteinen? Eli, jos massa ja energia käyttäytyisivät samalla tavalla, mihin Higgsiä tarvitaan?

Higgsistä toivotaan selitystä just sille, että miksi elektroni ei voi kulkea valon nopeudella, mutta fotoni voi.  Toisin sanoen, miksi joillakin hiukkasilla on massa ja toisilla ei.

[mistral]

Ok, luulen ymmärtäväni.  Siis voiko ajatella niin että jos Higgsiä ei olisi, niin hidastakaan massaa ei olisi ja silloin esim autojen moottoritehoksi riittäisi muutama hevosvoima, koska kiihdyttämisen voima olisi nolla ja ilmanvastuksen voima olisi kanssa nolla. Hevosvoimia tarvittaisiin vain painavan massan liikuttamiseen eli ylämäkeen.

[Kalle]

Jos higgsiä (sitä, mitä higgsillä "haetaan" / tarkoitetaan) ei olisi, niin ei hidasta massaa, eikä niinkään mitään massaa olisi. Massa olisi tuntematon käsite.
Niin kuin olisi esim valokin, jollei fotoneja olisi.

[pnuu]

Higgsistä toivotaan selitystä just sille, että miksi elektroni ei voi kulkea valon nopeudella, mutta fotoni voi.  Toisin sanoen, miksi joillakin hiukkasilla on massa ja toisilla ei.

Muistaakseni joissakin fysiikan tulkinnoissa myös fotonilla on liikemassa. Sillä ei tosin ole lepomassaa, joten se kiihtyisi valonnopeuteen varsin hätäisesti (suhteellisuusteorian häiritsemättä). Ja heti kun fotoni-höttiäinen on päässyt liikkeelle, sen nopeus on c ja massa "jotain" aallonpituudesta (energiasta) riippuvaa.

Kö?

[mistral]

Muistaakseni joissakin fysiikan tulkinnoissa myös fotonilla on liikemassa. Sillä ei tosin ole lepomassaa, joten se kiihtyisi valonnopeuteen varsin hätäisesti (suhteellisuusteorian häiritsemättä). Ja heti kun fotoni-höttiäinen on päässyt liikkeelle, sen nopeus on c ja massa "jotain" aallonpituudesta (energiasta) riippuvaa.

Kö?

Juu, ennenvanhaan käsittääkseni puhuttiin fotonin liikemassasta. Nykyään siitä on luovuttu, mutta se ideahan on edelleen voimassa, eli fotonin energia vastaa tiettyä grammamäärää massaa.

[mistral]

Jos higgsiä (sitä, mitä higgsillä "haetaan" / tarkoitetaan) ei olisi, niin ei hidasta massaa, eikä niinkään mitään massaa olisi. Massa olisi tuntematon käsite.
Niin kuin olisi esim valokin, jollei fotoneja olisi.

Kuitenkin energia tuottaa saman verran gravitaatiota kuin se tuottaisi muunnettuna massamuotoon. Joten tarvitaanko Higgsiä energiankin gravitaatiovuorovaikutuksen yhteydessä? Käsittääkseni ei, mutta en ole varma

[veka]

Jos higgsiä (sitä, mitä higgsillä "haetaan" / tarkoitetaan) ei olisi, niin ei hidasta massaa, eikä niinkään mitään massaa olisi. Massa olisi tuntematon käsite.
Niin kuin olisi esim valokin, jollei fotoneja olisi.

Joidenkin tutkijoiden (lähinnä amerikkalaisten), mielestä Higgsin hiukkasen löytäminen ei sittenkään anna lopullista vastausta massan olemukselle ja synnylle. Se ei esim. selitä mistä johtuu eri hiukkasten suuret massaerot. Higgsin kenttää voidaan kuvata ikäänkuin avaruuden täyttävänä "kosmisena siirappina", joka tarttuu hiukkasiin saaden näille aikaan massan. Se ei kuitenkaan selitä, miksi esim. protonin hienorakenneosana esiintyvän ylös-alas kvarkin massa on lähes miljoonakertainen elektronin massaan.  Vaikka Higgsin mekanismi selittäisikin kvarkkien massat, ne muodostavat vain osan protonien ja elektronien massoista. Suurin osa atomiydinten massasta tulee vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkasista, gluoneista, jotka pitävät palikat yhdessä.

Mitä tulee massan hitauteen eli inertiaalimassaan, Higgsin mekanismi voisi jotenkin selittää atomia pienempien hiukkasten lepomassan, kun taas vuorovaikutus tyhjiön kanssa selittää niiden inertiaalimassan. Tyhjiö tarkoittaa tässä ns. kvanttityhjiötä, joka on kuin värähtelevien kenttien muodostama myrskyävä meri. Sieltä voi tupsahtaa esiin virtuaalihiukkaspareja, jotka häviävät samantien. Inertiaalinen massa syntyisi siten aineen perustavien rakennuspalikoiden ja kvanttityhjiön välisestä kiehunnasta. (Kvanttikenttäteoriassa perushiukkaset ovat pelkkiä kenttien paikallistuneita keskittymiä). Aika hurjilta tuntuvat nämä uusimmat massan syntyyn liittyvät jutut; uskokoon ken tahtoo !
Lähdeaineistona Marcus Chown: Päättymättömät päivät kuolleena; uutisia tieteen eturintamalta (Ursa ry 2008)

-veka