Osakeste jaht Suures Hadronite Põrgutis kogub hoogu
Kahte 3,5 TeV (teraelektronvoldi) suuruse energiaga prootonikiirt põrgutava masina abil on alates 2009. novembrist tänaseks registreeritud juba rohkem kui pool miljardit kokkupõrget. Teadlased loodavad peaeesmärgiks peetava Higgsi bosoni, mida ennustatakse eksisteerivat 1,000 gigaelektronvoldi (1000 GeV) piirimail, leidmiseks kalibreerida osakeste põrguti piisavalt tundlikuks 2011. aastaks, vahendab Fyysika.ee.
Samas ennustatakse, et selliste energiate juures eksisteerib ka mitmeid teisi subatomaarseid osakesi, mida veel seni eksperimentaalselt nähtud ei ole. Esimesteks võimalikeks eksootiliste osakeste kandidaatideks, mida leida võidakse, peetakse W’ ja Z’ bosoneid. Viimased on tunduvalt raskemad kui W ja Z bosonid, mis vahendavad nõrka vastastikmõju.
Nõrk jõud on koos tugeva jõu, elektromagnetjõu ning gravitatsiooniga üks neljast universumi fundamentaalsest vastastikmõjust. Kuigi tavalised W ja Z bosonid avastati Cern’is juba 1980. aastatel 100 GeV massi skaalal, on suuremate energiatega kokkupõrked hädavajalikud, et suurema massiga osakesi leida.
Siiski ei opereeri LHC sellel ning järgmisel aastal kogu masina võimsusega vaid kõigest poolega planeeritud 7 TeV kiire kohta. Siiski on insenerid alates põrguti töölehakkamisest järjekindlalt kasvatanud kiirte tihedust või eredust, mis tähendab prootonite vaheliste kokkupõrgete kasvu. Selle tegemiseks peavad nad LHC kaitsesüsteemil järjest rohkem silma peal hoidma, mis kindlustab, et kiirte kaotuse korral ei kahjustaks prootonid magneteid, mis neid ringikujulisel trajektooril hoiavad.
Kui kõik hästi läheb, on LHC Atlas eksperimendi juures töötava briti osakestefüüsiku Tony Weidbergi sõnul suve lõpuks piisavalt tundlik, et 1,000 GeV massiskaalat täpsemalt uurida. Mitmeotstarbeline osakestedetektor on juba leidnud kokkupõrke jääkidest madalama massiga W bosoni. Kuigi osakese omadused on füüsikutele teada, on teadatuntud osakeste leidmine detektorite kalibreerimiseks hädavajalik.
Standardmudelist, mis loodi 1970. aastatel, et seletada subatomaarsete osakeste vahelisi vastastikmõjusid, LHC kõrgemate energiate juures enam ei piisa. Kunagist osakestefüüsika lähtepunkti peetakse nüüd ebatäielikuks ja vaid vahesammuks universumis kehtivate loodusseaduste mõistmiseks. W’ ja B’ bosonite avastamine valgustaks selliste vastastikmõjude tagamaid. Nimelt kuuluvad nende väiksema massiga osakesed nn. Gaussi osakeste kategooriasse, mida seostatakse teatud “käelisusega”.
Selle skeemi kohaselt saab osakesi kirjeldada kas vasaku- või paremakäelisena või nende kahe kombinatsioonina. Näiteks W bosonit kirjeldavad füüsikud vasakukäelisena. “Kuigi me laskume hetkel spekulatsioonidesse, on üks võimalus see, et universum on tõepoolest kõrgemate energiate juures sümmeetriline ning paremakäelised W bosonid on samuti olemas,” ütleb Weidberg. “Ent millegi pärast on need vasakukäelistest W bosonitest raskemad.”
LHCb, üks suurtest detektoritest, keskendub antiaine olemuse uurimisele. Hiljuti avastas detektor subatomaarse osakestepaari Charm ja Strange-Beauty, mida polnud kunagi varem eksperimentaalselt nähtud. Mil Charm osake Ds+ koosneb keskmise kaaluga Charm kvargist ja s-antikvargist, on Strange-Beauty Bs komponentideks üks kõige raskemaid kvarke nn “Ilu” kvark ja Strange-antikvark.
LHCb juures töötav Liverpooli ülikooli teadlane Tara Shears ütleb, et Strange-Beauty osakese leidmine oli nende jaoks eriti põnev. “See on esimene osakeste tüüp, mida me kasutame antiaine mõistmiseks ning miks see tavalisest ainest teistmoodi käitub. Veidra-Ilu osakest ei ole keegi veel seni suutnud mõista või selle omadusi mõõta. See on üks asi, mis LHCb detektori eriliste võimalustega teha saame,” ütleb Shears.
LHC kommunikatsioonidirektori James Gillies’i sõnul uuritakse LHC abil 1,000 GeV massivahemikku veel lähima 18-24 kuu jooksul. Seejärel lülitatakse maailma võimsaim osakeste kiirendi aastaks välja, et kohandada seda veelgi kõrgemate energiate jaoks. Samuti lisatakse kiirendile seitsmes detektor MoEDAL, mis hakkab otsima magnetilisi monopole.
