Hiukkasen Higgsistä
Hiukkasfyysikot ilmoittivat viime keskiviikkona löytäneensä lähes 50 vuotta sitten ennustetun ja siitä asti jahdatun alkeishiukkasen. Löytö on oman elinaikani tärkein tieteellinen saavutus. Suurelle yleisölle siitä on uutisoitu näkyvästi, mutta koska aihe on hankala ja sillä ei ole suoria käytännön vaikutuksia, se on helppo sivuuttaa yhtenä tiedeuutisena muiden joukossa. Luonnontieteen perustutkimus on kuitenkin erittäin tärkeää ja sen vaikutukset ovat laajempia kuin mitä äkkiseltään luulisi.
Jo muinaiset kreikkalaiset…
Higgsin hiukkanen on alkeishiukkanen. Alkeishiukkaset ovat rakenteettomia (eli ei-jaettavia) hiukkasia, jotka muodostavat koko tunnetun maailmankaikkeuden aineen ja niiden väliset vuorovaikutukset.
Käsityksemme kaiken muodostavista hiukkasista on muuttunut merkittävästi läpi historian. Luonnontieteen juuret ulottuvat aina antiikin kreikkaan, jolloin Demokritos ensimmäisenä esitti, että kaikki koostuu jakamattomista hiukkasista, atomeista (muinaiskreikan atomos tarkoittaa jakamatonta). Moderni atomiteoria vakiintui vasta yli 2000 vuotta myöhemmin 1800-luvun alussa kun kemistit oppivat selittämään sen avulla alkuaineiden suhteita. 1900-luvulle tultaessa atomien rakenteen ja toiminnan selvittäminen oli noussut yhdeksi fysiikan polttavimmista tutkimuskohteista. Pala palalta atomia jaettiin vielä pienempiin subatomisiin osiin, jotta fysikaalisia ilmiöitä osattaisiin selittää tieteen avulla. Kosmista palapeliä rakensi fyysikkojen dream team, muiden muassa Albert Einstein.
Kun atomin perusrakennusosat — protoni, neutroni ja elektoni — oli löydetty, käsitys alkeishiukkasista alkoi muodostua 1920-luvun loppupuolella. Nykyisin käytössä oleva niinsanottu fysiikan standardimalli syntyi 1970-luvulla. Sen mukaan kaikki voidaan jakaa ainehiukkasiiin (fermionit) ja voimanvälittäjähiukkasiin (bosonit).
Pahuksen hiukkanen
Vuonna 1964 Peter Higgs yhdessä viiden muun fyysikon kanssa julkaisi teorian siitä mikä aiheuttaa massan joillekin hiukkasille mutta ei toisille. Teoria ennusti Higgsin hiukkasen olemassaolon ja sitä on siitä lähtien yritetty löytää. Nyt julkaistu löytö mitä todennäköisimmin vahvistaa standardimallin teoriat oikeiksi, mikä tekee siitä tärkeimmän fysikaalisen löydön useaan kymmeneen vuoteen.
Higgsin hiukkanen nousi julkisuuteen 1990-luvun alussa kun Nobel-palkittu fyysikko Leon Lederman kirjoitti suositun kirjan The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?, jossa hän kuvasi Higgsin hiukkasen löydön olevan ratkaiseva askel aineen koostumuksen selvittämisessä. Leaderman halusi kutsua Higgsin hiukkasta goddamn (pahuksen)-hiukkaseksi sen luonteen ja aiheuttaman jahdin vuoksi, mutta kustannusyhtiön painostuksesta nimi muutettiin god (jumal)-hiukkaseksi. Raflaava lempinimi sai tiedeyhteisön nyrpistämään nokkaa, mutta media rakastui siihen Hollywoodia myöten. Termi god particle tai suomalaisittain jumalhiukkanen on siis täysin tuulesta temmattu, eikä liity itse fysiikkaan millään tavalla.
Higgsin bosoni on siis alkeishiukkanen joka antaa aineelle massan.
”Hyödytön” tieteellinen tutkimus, sinun kännykkäsi ja Facebook
Joidenkin mielestä fysiikan tai esimerkiksi kosmologian tutkiminen on turhaa, koska tutkimustiedosta ja löydöistä ”ei ole mitään hyötyä”. On totta, että Higgsin hiukkasen löytö ei tuo arkeemme yhtään mitään, samoin kuin ihmisten arkea ei 1900-luvun alussa hiukkasenkaan vertaa muuttanut elektromagnetismin tai hiukkasfysiikan tutkimus, Einsteinin suhteellisuusteoria saatika kvanttimekaniikka. Mutta.
1900-luvulla tehdyn tutkimuksen käytännön sovellutukset ovat tuoneet nykyiseen arkeemme esimerkiksi mikroaallot, ultraäänen, Röntgen-säteilyn, ydinvoiman, GPS-järjestelmän ja navigaattorit, magneettikuvauksen sekä transistorin (ja sitä kautta tietokoneen ja koko elektronisen vallankumouksen). Käytännössä kaikki teknologia jonka varaan nyky-yhteiskunnan toiminta rakentuu, perustuu luonnotieteelliseen tutkimukseen. Vaikka tieteen tekemisestä ei itse juuri mitään ymmärtäisikään (kuten me maallikot niin usein), niin fyysikot kuin muutkin tieteen tekijät ansaitsevat kaiken kunnioituksemme.
Ollaanko jo perillä?
Tieteelliseen tutkimukseen perustuvat keksinnöt ja käytännön sovellukset syntyvät nyky-yhteiskunnan mittapuun mukaan etanavauhtia. Ensinnäkin itse löydöt eivät yleensä ilmaannu spontaanisti tyhjästä (vaikka niinkin on käynyt) vaan niitä pitää sinnikkäästi etsiä, joskus jopa vuosikymmeniä. Toisinaan siihen tarvitaan myös kalliita instrumenttejä kuten Higgsin hiukkasen tapauksessa CERNiin rakennettu 7,5 miljardin euron hiukkaskiihdytin joka oli riittävän tehokas hiukkasen näkemiseen. (Kiihdyttimellä tutkitaan luonnollisesti paljon muutakin eikä sen käyttöarvo vähene tämän löydön jälkeen — oikeastaan päin vastoin.) Ja sitten kun viimein Higgsin kaltainen löytö tehdään tai pitkään pohdittu tutkimusongelma ratkaistaan, alkaa tulosten analysointi ja uusien kysymysten kysyminen. Jo tutkimustulosten vahvistamiseen ja tulosten analysointiin voi mennä vuosia.
Mutta aina välillä tutkimuksesta syntyy myös käytännön sovellutuksia. Wilhelm Röntgenin vuonna 1895 keksimä röngensäteilyn käyttö valokuvaukseen on nykyisin arkipäivää lääketieteessä. 1900-luvun alun elektromagnetismin tutkimus johti transistorin keksimiseen 1947. Transistorille keksittiin nopeasti käyttömahdollisuuksia ja sen myötä syntyivät myös tietokoneet, jotka viimeisten kolmenkymmenen vuoden aikana ovat muuttaneet koko maailmamme.
Emme vielä tiedä mihin Higgsin hiukkasen löytö johtaa, mutta yksi asia on varmaa: tieteellinen tutkimus tulee muuttamaan maailmaamme myös tulevaisuudessa.
