Suurelt algosakeste põrkurilt oodatakse uut füüsikat
Mass on üks tähtis asi, ja kõik me teame, et igal kehal on see olemas. Kuid veider on see, et füüsikud ei tea siiani, kust kohast kehad üldse oma massi saavad. Täpsemalt – kust saavad massi algosakesed.
Standardmudeli päästeingel
Nimelt on füüsikud välja nuputanud ühe teooria, mida nimetatakse standardmudeliks ja mis selgitab väga hästi kõiki tuntud algosakesi ja nendevahelisi mõjusid. Kui mõni tundus puudu olevat, siis varsti leiti see üles. Kuid sel toredal ja tähtsal teoorial on üks pisike viga. Nimelt tuleb sellest välja, et osakestel ei tohikski massi justkui olla. Aga ometi on. Kui kaks osakest – footon ja gluuon – välja arvata.
Standardmudel ei suuda ka seletada, miks on maailm ehitatud mateeriast, aga mitte antimateeriast, ning kust kohast tuleb universumisse tume aine ja energia, mida me ei näe, kuid mida kosmoloogid ometi oma katsetes tunnetavad.
Aga paremat teooriat ei ole ka võtta, ehkki on otsitud. Nii ehitatakse üha võimsamaid algosakeste kiirendajaid ja põrkureid, et leida see üks ja seniste seadmete jaoks liiga raske osake.
Standardmudeli päästeingliks peaks saama osake, mida keegi pole näinud, kuid millel on üle 30 aasta nimi Higgsi boson. Higgs on väljapakkuja järgi, bosoniteks aga kutsutakse vastastikmõjusid üle kandvaid osakesi.
Kui ma Tartu riiklikus ülikoolis õppisin, siis oli meil meeldiv kohustus lugeda Lenini teoseid. Ja ühes neist sõimas pamfletist Lenin kedagi Ernst Machi. Mine tea, mis Leninile Machis ei meeldinud, kuid Mach pakkus ülemöödunud sajandi lõpul välja, et objekti mass, mida saab mõõta selle vastupanuga liikumise muutustele, tuleb sellest, et objekt on vastastikuses gravitatsioonilises mõjus universumi ülejäänud mateeriaga. Mass siin – mõju üle universumi. See Einsteini poolt Machi printsiibiks ristitu inspireeris üldrelatiivsusteooria loomist.
Sestpeale on massi tekkeks pakutud hulganisti teooriaid, kuid sõelale on jäänud Edinburghi ülikooli füüsiku Peter Higgsi 1964. aastal pakutu: esineb veel üks väli, mida me seni pole suutnud mõõta, mis annab osakestele massi ja tekitab ka ühe raske osakese, mida nüüd Higgsi nimega tähistatakse.
Siiani pole seda osakest kätte saadud ja arvatakse, et selle mass on olemasolevate kiirendite jaoks liiga suur.
Nüüd ehitatakse Genfi Euroopa tuumauuringute keskusesse CERN-i kõigi aegade suurimat algosakeste põrkurit, milles osakeste kimbud kihutavad üksteisele vastu kiirusega, mis annab koguenergiaks keskmise 200-kilomeetrise tunnikiirusega liikuva reisirongi energia – kuigi prootonid kaaluvad kokku vaid grammi miljardikosa.
See 27-kilomeetrise läbimõõduga ülijuhtiv prootonkiirendaja, suur hadronite põrgataja (Large Hadron Collider – LHC), on sama suur kui Genfi linn ja neelab ka sama palju elektrit kui Genf.
CERN-i projektide raames tegeleb Higgsi bosoni otsimisega seitse noort Eesti teadlast, kelle tööd juhib keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi füüsik Martti Raidal. Nemad uurivad Higgsi teooriaid ja seda, kuidas Higgsi signaale ühes CMS-nimelises detektoris üles leida.
Põrkuvad arvamused
Samal ajal, kui poliitikud on andnud teadlastele hiigelsumma, kolm miljardit eurot, et nood ometi kord saaksid kätte Higgsi bosoni ja seletaksid meile, kust saab meie igapäevane leib oma massi, lõbustavad teoreetikud üksteist vaidlusega, mis oleks parem – kas see, et Higgsi boson leitakse, või see, et seda ei leita. Uba on selles, et standardmudeli kohaselt peab Higgsi bosoni mass olema parasjagu nii suur, et LHC selle ka üles leiaks. Ja kui ei leia – siis tuleb standardmudel kirjutada kui mitte korstnasse, siis vähemasti ümber. Ja levinud arvamus on, et millise võimaluse loodus ka ei valiks, hea uudis on, et LHC annab selge eksperimentaalse vastuse ja lõpetab spekulatsioonid.
Kõik nõnda siiski ei arva. Üks, kes ei nõustu, on akadeemik Endel Lippmaa. “Hüpoteetiline Higgsi skalaarväli asub paljude oletustega kaunistatud teadmatuses,” ütles ta maikuus Eesti teaduste akadeemias peetud ettekandes. “Kõige olulisemaks ülesandeks on mitte mõnede osakeste juurdeotsimine, vaid uute või oletatud vastastikmõjude uurimine, leidmine ja mõistmine.” Lippmaa juhib tähelepanu, et seni on iga uue vastastikmõju avastus või kasutuselevõtt toonud kaasa täieliku muutuse inimtsivilisatsioonis. Elektromagnetism viis elektrini ja seeläbi side- ja arvutustehnikani, nõrk vastastikmõju viis radioaktiivsuse kasutamiseni, tugev vastastikmõju tuumaenergiani. Siia jääb veel lisada neljas, gravitatsiooniline vastastikmõju, mida on kasutatud aegade hämarusest alates.
Eesti sai Lippmaa eestvõttel LHC ehitamise ametlikuks osaliseks 19. detsembril 1991, kui nõustuti rahastama ainult magnetringi ehitust, ent mitte plaanitavaid vanamoodsaid nn LEP- detektoreid. Lippmaa arvab, et kuna LHC annab hiigelkoguses infot – umbes miljard omavahel ülekattuvat pilti sekundis –, siis on sealt tundmatu osakese väljasõelumine lootusetu ka siis, kui arvutite taga istuks kogu inimkond. “On aeg muuta paradigmat,” ütleb ta, “kuna üksainus prootonipaar genereerib uue füüsika, siis tuleb neid ka ükshaaval individuaalselt käsitleda. Triljonite prootonitega digitaalne ansambliloogika tuleb asendada kiire kvantloogikaga, mis automaatselt ja ilma digitaalse töötluseta sorteerib välja need väga üksikud huvipakkuvad põrked, mis ei ole rohkem kui üks triljoni kohta.” Selline lähenemine on vormistatud iseseisvas projektis nimega TOTEM.
