Tällä hetkellä maailman suurin hiukkasfysiikan työkalu on Cernin 27 kilometriä pitkä ja vajaat 10 kilometriä halkaisijaltaan oleva ympyrämäinen LHC, Large Hadron Collider eli suuri hadronitörmäytin.
Se on hiukkaskiihdytin, jonka avulla protoneita usutetaan lähes valonnopeuteen ja törmäytetään toisiinsa neljän erilaisen tutkimusaseman sisällä, jotta tutkijat voivat saada selville, millaisia hiukkasia näissä törmäyksissä syntyy.
Laitteen suurin saavutus tähän mennessä on mystisen, teoreettisesti jo aikaisemmin ennustetun Higgsin hiukkasen löytäminen vuonna 2012.
LHC-laitetta viritetään parhaillaan nykyistäkin paremmaksi. Pienillä viilauksilla nykyistä törmäysenergiaa saadaan aavistuksen verran suuremmaksi, mutta ennen kaikkea hiukkassuihkuja säätämällä saadaan aikaiseksi enemmän törmäyksiä. Tämä uusi HL-LHC eli suuriluminositeettinen LHC hyrähtää käyntiin vuonna 2030.
Mutta kuten usein tieteessä, kun yhtä laitetta jo rakennetaan, mieli karkaa jo seuraavan sukupolven laitteisiin. Nyt Cernin fyysikot ja insinöörit suunnittelevat 91 kilometriä pitkää kiihdytintä, joka levittäytyisi noin 30 kilometriä halkaisijaltaan olevalle alueelle maan alla Geneven luona Sveitsissä nykyisen LHC:n vieressä.
Hiukkastörmäykset tapahtuvat tutkimusasemien sisällä. Asemat ovat kerrostalon kokoisia ja rakenteeltaan kerroksellisia: hiukkasilmaisimia on sipulin kuorien tapaan sisäkkäin. Hahmotelmakuva FCC:n tutkimusasemasta. Kuva: CERN
Uusia hiukkasia ja selitys pimeälle aineelle?
Laitteen työnimi on FCC, Future Circular Collider eli tulevaisuuden rengaskiihdytin. Tavoitteena on päästä sillä noin 100 teraelektronivoltin törmäysenergiaan. Nykyinen LHC kykenee noin 14 teraelektronivolttiin (TeV).
Fyysikot käyttävät törmäysenergian yksikkönä elektronivolttia, joka tarkoittaa energiaa, jonka elektroni saa, kun sitä kiihdytetään yhden voltin sähkövarauseron avulla. Tera tarkoittaa puolestaan miljoonaa miljoonaa. Vaikka FCC:n törmäysten kaavailtu 100 TeV tuntuu suurelta energialta – ja hiukkasmaailmassa se onkin – niin sillä nostaisi yhden vesigramman lämpötilaa noin kymmenestuhannesosa-asteen verran.
Suuri osa suurimassaisista hiukkasista liittyy painovoimaan.
Einsteinin kaavan E=mc2 innostamana fyysikot käsittävät massankin energiana, ja näin ilmoitettuna Higgsin hiukkasen massa on noin 125 gigaelektronivolttia (GeV).
Tilaa Tekniikan Maailma ja saat jutun heti luettavaksesi