Superpõrgutilt loodetakse supersümmeetria avastamist

Euroopa tuumauurimise keskuse CERN osakeste kiirendilt oodatakse mitte ainult ühe osakese avastamist, mis seletaks ära massi fenomeni, vaid vihjeid maailma olemust seletava suure sümmeetrilise ühendteooria loomisele.

Suurest hadronite põrgutist (Large Hadron Collider, LHC), mis Genfi läheduses sügaval maa all füüsikute meeli köidab, on saanud vaata et võrdväärne konkurent uudistega majanduslangusest. Ning nagu kulub arutul käsitsemisel ära laenuraha, nii kuluvad ülemäärasest tarvitamisest ka teadusuudiste nurgad. Nõnda ongi juhtunud, et LHC on muutunud millekski, millest kallimat projekti pole maamunal ette võetud ning mille ülesanne on tekitada ometi üks osake, mis annaks meile õiguse poest vorsti osta. See juba „jumalikuks osakeseks” ristitu ehk Higgsi boson peaks andma poemüüjale õiguse suurema massiga vorstitüki eest sisse kasseerida rohkem raha, ehk siis peaks seletama, miks vorstitükil üldse mass on.

Nobeli preemia laureaat Steven Weinberg on üks neist, kes muretseb selle pärast, kui põrguti LHC annab meile tulemuseks vaid Higgsi bosoni. „Vaid Higgsi avastamine oleks tõeline kriis,” kuulutas ta ajakirjas New Scientist. Püüame mõista, mida ta silmas peab.

Muutunud pilt universumist

Universum on inimese jaoks viimase saja aastaga väga oluliselt muutunud. Saja aasta eest tundus see olevat igavene, muutumatu, ühestainsast galaktikast koosnev, mis sisaldab miljoneid nähtavaid tähti. Nüüdseks on universum muutunud palju keerulisemaks, aga ka rikkamaks. Kosmos sai alguse 13,7 miljardi aasta eest toimunud Suurest Paugust. Sekundi murd­osa jooksul pärast algust oli see kuum, kujuta ja vormita algosakeste supp. See paisus ja jahtus ning ilmusid välja üha keerulisemad struktuurid – neutronid ja prootonid, aatomituumad, aatomid, tähed, molekulid, galaktikad, galaktikate kogumid ja superparved. Meie nähtav universum koosneb 100 miljardist galaktikast, millest igaühes on 100 miljardit tähte ja ehk ka umbes sama palju planeete.

Galaktikaid hoiab koos müstiline tumeaine ja universum muudkui jätkab paisumist kiirenevas tempos, tõugatuna tagant tumeenergia poolt, mille gravitatsioonijõud ei tõmba mitte enda poole nagu Maa õuna, vaid hoopis tõukab eemale.

Koostisosad, millest tähed alustasid oma elu, tekkisid juba esimese kolme minuti jooksul. Seda, kuidas need tekkida võisid, kirjeldas Steven Weinberg oma kolme aastakümne eest ilmunud ja paarikümne aasta eest eesti keeldegi tõlgitud raamatus „Esimesed kolm minutit”. Sellest ajast on varajase universumi uurijad saanud üksjagu targemaks, kuid mitte sedavõrd, et raamat suudaks olulisi asju moonutada. Juba tollal oli jõutud standardmudelini, mis tõrjus välja statsionaarse universumi teooriad, ning oli avastatud universumi algaegadest pärit kosmiline mikrolaineline foonkiirgus.

Weinberg ise pälvis Nobeli preemia 1979. aastal elektromagnetilise ja nõrga vastastikmõju ühtsesse teooriasse rakendamise eest nn elektronõrga mudeli raames. Kuid füüsikud tahavad vägisi leida seda üht ja ainsat teooriat, mis maailma kirjeldaks. Selline helesinine unistus nimega suur ühendav teooria oli juba tol ajal olemas, ent ei seletanud siiski kõike soovitut. Et ühendada kõiki tuntud vastastikmõjusid, tuldi lagedale elektronõrka, tugevat ja gravitatsioonilist vastastikmõju ühendava teooriaga ehk supersümmeetrial põhineva teooriaga, ingliskeelse lühendi SUSY all tuntuga.

Kuid nagu Weinberg tabavalt märkis: „Mida arusaadavam universum näib, seda mõttetum ta tundub.” Tema arvates see, kui LHC avastab vaid Higgsi osakese, on hoop standardmudeli pihta. Kui teoreetikutel on õigus, siis võib LHC abil jälile jõuda millelegi palju suuremale – supersümmeetrilisele maailmale. See aga tähendab, et algosakesi tuleb avastada palju enam kui üks – tegelikult iga standardmudeli osakeste rühma jaoks veel sama palju lisaks, nõnda et algosakeste arv kahekordistuks.

Higgsi osakese puhul tuleb mängu üks keeruline paradoks, mis meenutab parun Münchhauseni lugusid – kui see annab algosakestele nende massi, siis kust tuleb ta enese mass? See peaks koosnema ta olemuslikust massist pluss mass, mis tekib tema vastastikmõjust kõigi elementaarosakestega. Eksperimentaalsete vihjete põhjal oletatakse, et Higgsi mass jääb just nimelt põrguti LHC nägemisvõime piiresse, kui see kiirendi ühel heal päeval täisvõimsusega tööle hakkab. Kuid teooria annab Higgsi massile absurdselt hiiglasliku suuruse, ootustega oleks paremini kooskõlas supersümmeetriline maailm.

Teine asi on, kuidas ühendada eri liiki loodusjõudusid. Kõik me tunneme gravitatsiooni mõju, mis on esimest liiki jõud. Oleme teadlikud ka elektromagnetilisest jõust. Lisaks neile kahele on veel nõrgima jõuga vastastikmõju ja tugev vastastikmõju, mis vastutavad selle eest, et aatomid koos püsiksid.

Jõudude lahknemine

Kui minna ajas tagasi, siis tuleb välja, et universumi algaegadel olid kolm jõudu üksteisest eristamatud. Kui universum paisus, lagunes see supersümmeetria. Vastastikmõjustuvad partnerid läksid igaüks ise teed, muutudes eristatavateks osakesteks, millest igaühel on oma erinev mass. Supersümmeetria suudaks seda teoreetiliselt seletada.

Tagatipuks oleks supersümmeetrilises perekonnas üks osake nimega neutraliino, mis võiks ära seletada ka universumi tumeaine olemuse.

Supersümmeetria tõendeid ei otsita mitte ainult hadronite põrguti abil, vaid ka tumeainet Maad läbivates kosmilistes kiirtes. Nõnda on mitmele poole, näiteks Itaalias Gran Sasso mäe alla ehitatud mõõteriistu, mis püüavad mõõta vabalt kättesaadavaid ülikiireid kosmilisi algosakesi.

Kuid supersümmeetriliste osakeste eluiga on kaduvväike ning need lagunevad lõppkokkuvõttes neutraliinode vooks, mis muu mateeriaga peaaegu ei suhtle. Ometi loodavad mõned teadlased, et veel enne Higgsi bosonit võib LHC anda meile vihjeid supersümmeetria kohta.

„Nii juhtub füüsikas sageli: me ei eksi mitte sellepärast, et võtame teooriat liiga tõsiselt, vaid sellepärast, et ei võta seda küllalt tõsiselt. Alati on raske tajuda, et võrranditel ja arvudel, millega me oma laudade taga mängime, on tõesti pistmist reaalse maailmaga,” kirjutas Weinberg oma raamatus, „sealjuures tuleb endale aru anda, et meie lihtsate kosmoloogiliste mudelite kehtivuspiiriks võib osutuda vaid väike universumiosa või piiratud ajaloolõik.”

Kuid ta oskab meid ka lohutada: „Ponnistused, mida ini­mene teeb universumi mõistmise nimel, tõstavad ta elu kõrgemale jandist ning annavad sellele tragöödia tõsidust.”