Suur jaht Higgsi bosonile

Käesoleva aasta novembris alustab Genfi lähistel Prantsusmaa ja Šveitsi piiril asuvas Euroopa Tuumauuringute Keskuses (CERN) tööd maailma kalleim teadusaparaat, Large Hadron Collider (LHC) ehk Suur Hadronite Põrkur. LHC tõotab anda vastuse mitmetele fundamentaalsetele küsimustele looduses valitsevate seaduspärasuste osas. Üheks võtmeküsimuseks on Higgsi boson, osake, mis annab teistele meile tuntud osakestele massid. Lisaks otsib LHC vastuseid sellistele universumi noorus- ja nüüdisajaga seotud küsimustele, nagu varjatud tume aine, aine-antiaine ebasümmeetria ja supersümmeetria. Oma roll LHC juures on ka Eesti teadlastel.

Kiirendite arengust rääkides ei saa kuidagi puudutamata jätta CERN-i, maailma suurimat ja ühte vanemat osakestefüüsika laborit. Sel aastal tähistame Euroopa Liidu alguseks loetava Rooma lepingu 50. aastapäeva. CERN aga asutati juba kolm aastat varem, 1954. Pole kahtlust, et CERN-i lepingu allakirjutamisel oli oluline mõju hilisemale Rooma lepingule – just alanud külma sõja ajastul peeti teadust väga tähtsaks osaks üldises kaitsestrateegias. Muide, kui praegu räägitakse Euroopas palju sellest, et Ameerika Ühendriigid tõmbavad noori Euroopa teadlasi enda juurde, siis juba CERN-i loomise üks põhjendusi oli noorte füüsikute hoidmine Euroopas!

Üle poole sajandi

1954. aastal kirjutasid CERN-i koostöölepingule alla 12 asutajaliiget: tollane Lääne-Saksamaa, Belgia, Taani, Prantsusmaa, Kreeka, Itaalia, Norra, Holland, Suurbritannia, Rootsi, Šveits ja Jugoslaavia. Praeguseks on liikmete arv tõusnud kahekümneni, viimane liituja oli Bulgaaria 1999. aastal. Eesti riik ei ole kahjuks veel liikmestaatuseni jõudnud.

Kuna CERN-i näol oli tegemist ajaloos esimese suure rahvusvahelise teadusprojektiga, siis on keskusel siiani poliitiline eristaatus. CERN-i territoorium on sisuliselt diplomaatiline tsoon, kuhu ei tohi ilma loata siseneda ei Prantsusmaa ega Šveitsi politsei. Nii nagu diplomaadidki on ka CERN-is töötavad välismaised teadlased vabastatud kohalikest riiklikest maksudest. Et CERN-i territoorium on jagatud Prantsusmaa ja Šveitsi vahel, siis on kokku lepitud, et tollipiir jookseb CERN-i piiridel ning CERN-i sees ei tule tolli- ega piiriületusprotseduure järgida. Vahel võib see tekitada ka omapäraseid juriidilisi probleeme. Näiteks riigi kodanik, kes võib oma viisaga viibida vaid Prantsusmaal, aga mitte Šveitsis, võib mõnedes majades liikuda ainult ühes pooles, kuna riigipiir läbib mõningaid CERN-i hooneid.

Tagasi teaduse juurde. CERN-i esimene osakestekiirendi alustas tööd aastal 1957 ja oli käigus aastani 1990. Muide, aastal 1959 valminud järgmine kiirendi töötab suures osas tänapäevani. See on kasutusel eelkiirendina LHC-le ja on prootonite allikaks mitmetele madalamat energiat vajavale tuumafüüsika eksperimendile. LHC kava pandi paberile juba 1980. aastate lõpus. Kiirendi ehitamise rahastamisleping sõlmiti liikmesriikide ja CERN-i vahel 1994. aastal. Lisaks CERN-i püsiliikmetele on LHC-ga liitunud paljud CERN-is liikmestaatust mitte omavad riigid: näiteks Ameerika Ühendriigid, Venemaa, Hiina, India, Brasiilia, Jaapan. LHC-taoliste teadusseadmete ehitamiseks kulub seega palju aega, otsusest kuni seadme töö alustamiseni on läinud ei rohkem ega vähem kui 13 aastat.

Mis peitub nime Large Hadron Collider taga täpsemalt? Eesti keelde võiks selle nimetuse panna kui Suur Hadronite Põrkur (ka Põrgataja). Tõepoolest, iga sõna nimetuses õigustab ennast täiel määral. LHC on tõesti väga suur seade, tema ümbermõõt on ligi 27 kilomeetrit ja kogu seadmestik kaalub kümneid tuhandeid tonne. Sõna collider tähendab põrkur või veel täpsemalt kokkupõrgataja. Nimetus tuleneb asjaolust, et seadme sees kiirendatakse laetud osakeste kimpe väga suurte kiirusteni ja siis põrgatatakse omavahel kokku. Seda tüüpi seadmete üldnimetuseks on “elementaarosakeste kiirendi” ehk lihtsalt “kiirendi”. Kiirendeid ei vaja mitte üksi osakestefüüsikud, kiirendeid läheb vaja alates tuumafüüsikast kuni meditsiini ja materjaliteaduseni välja.

Kiirendi energia

Peamine kiirendit iseloomustav parameeter on energia, mille kiirendi suudab laetud osakestele anda. (Kiirus on neil kõigil peaaegu ühesugune, lähedane valguse kiirusele.) Kiirendifüüsikud kasutavad energiaühikuna elektronvolti, eV. Et anda ettekujutust LHC-ga seotud energiatest, toome paar näidet. Ühe elektronvoldi energiaskaalas toimuvad näiteks molekulide vahelised keemilised reaktsioonid. Umbes miljon korda suurema energiaga on aatomituumade vahelised tuumareaktsioonid, toimudes megaelektronvoldiste (MeV) energiate juures. Veel tuhat korda kõrgema energia juures (gigaelektronvoltides, GeV) leiavad aset selliste osakeste nagu kvarkide vahelised protsessid. Looduses võib selliseid energiaid kohata supernoovade plahvatustel, gammasähvatustes ja galaktikatuumades. Veel tuhat korda kõrgema energia juures väljendame energiat juba teraelektronvoltides (TeV). See on energiaskaala, mille annab LHC. Seega, LHC kiirendi suudab saavutada osakese kohta ligi triljon korda suurema energia, kui saavutame kõige võimsamas keemilises protsessis.

Siiski, looduses on registreeritud veel suuremaid energiaid. Nimelt on kosmilises kiirguses mõõdetud osakeste energiaks veel ligi miljon korda suuremaid väärtusi! Tänapäeva füüsikale on selgusetu, kust pärinevad nii kõrge energiaga osakesed. Veelgi enam, nii kõrge energiaga osakesed ei saa kosmilises ruumis väga pikka maad läbida, kuna nad põrkavad kokku kosmilise taustkiirguse footonitega – need ülikõrge energiaga osakesed ei saa tulla kusagilt väga suurest kosmilisest sügavusest või siis ei kehti meile teadaolev füüsikateooria nii kõrge energia juures.

Kuidas üks tavaline kiirendi töötab? Sisuliselt on see pikk toru, mille sees elektrivälja abil laetud osakesi kiirendatakse. Esimesed kiirendid koosnesid kahest plaadist, millest üks oli plusslaenguga ja teine miinuslaenguga. Kui sinna vahele asetada laetud osake, hakkab samamärgiline plaat seda tõukama ja vastasmärgiline tõmbama. Tänapäevastes kiirendites pole tõmbajaks-tõukajaks mitte laetud plaadid, vaid täpselt välja rihitud raadiosageduslik elektromagnetväli.

Et osakesed oma energiat ära ei annaks, põrgates näiteks torus oleva õhu molekulidega või toru seina molekulidega, siis on toru seest õhk välja pumbatud ning laetud osakesed hoitakse toru seintest eemale kombineeritud magnet- ja elektriväljadega. Kuna tänapäevani pole olemas head tehnoloogiat, et lühikeses torus anda osakesele väga suurt kiirust, siis tuleb teha väga pikk toru. Teine võimalus on ehitada pika sirge kiirenditoru asemel hoopis ringikujuline kiirendi, kus osake käib ringi palju kordi ja tema energia suureneb järjest igal tiirul. (Sirgeid kiirendeid nimetatakse lineaarkiirenditeks ja ringikujulisi ringkiirenditeks.) Ühest küljest oleks odavam teha ringkiirendi ringi läbimõõt võimalikult väike, kuna nii kuluks ju vähem materjali ja seadmeid. Teisalt, mida väiksem on ringkiirendi läbimõõt, seda rohkem kaotavad kiirendatavad osakesed energiat sünkrotronkiirguse tõttu. See on kiirgus, mis tekib siis, kui püüame laetud osakest sirgjoonelisest liikumisest kõrvale kallutada. See ongi põhjus, miks näiteks LHC puhul on ringkiirendi ringi läbimõõt kogunisti 27 km! Järgmise põlvkonna kiirendid on tõenäoliselt juba lineaarkiirendid. Et iga ringkiirendi suudab hästi kiirendada osakesi vaid teatud energiavahemikus, siis on suurtel kiirenditel tavaliselt enne põhikiirendit mitu väiksemat eelkiirendit.

Ülimalt oluline on ka see, milliseid laetud osakesi me kiirendis kiirendame. Väga levinud on elektronide kiirendid. LHC aga on projekteeritud prootonite ja raskete laetud aatomituumade kiirendamiseks. Sellest ka sõna hadron LHC nimes. Hadronite hulka kuuluvad nii prootonid, neutronid ja muud kvarkidest moodustatud osakesed.

Ühest küljest, kuna prootonid on rasked, on lihtsam saavutada suuremat energiat. Ka energiakaod sünkrotronkiirguse näol on siis väiksemad.

Samas on neid nende raskuse tõttu tunduvalt keerulisem suunata ja koos hoida. Lisaks veel on prootonite ja elektronide kokkupõrge põhimõtteliselt erinev, sest prootonid tunnevad lisaks elektronõrgale vastastikmõjule ka tugevat vastastikmõju. Peale selle on elektronid tänapäevase teooria järgi elementaarsed punktosakesed ilma sisemise struktuurita. Prootonid seevastu omavad sisestruktuuri ja koosnevad kolmest kvargist (korrektsem oleks öelda küll, et prooton koosneb põhiliselt kolmest kvargist ning ülejäänud kvarkide ja gluuonite “virtuaalsest supist”).

Piisava energia saanud osakestel võiks lasta kokku põrgata seisva märklaua, näiteks suure ainetükiga. Kuid sel juhul liiguvad tekkinud osakesed edasi samas suunas, kus algne osakestekimp. Suur osa energiat läheb osakestele kiiruse andmiseks, mitte uute osakeste tekitamiseks.

Seepärast lastakse omavahel kokku põrgata vastassuunas liikuvatel osakestel: nii läheb kogu energia uute osakeste tegemiseks. Selline kokkupõrge on füüsikute jaoks nagu alkeemikute maagiline tarkade kivi – kokkupõrkavate osakeste energia arvelt tekib terve kaskaad uus osakesi. Mida suurem energia on kokkupõrkavatel osakestel, seda rohkemad ja raskemad osakesed tekkida saavad. Võivad tekkida ka sellised osakesed, mida meid ümbritsevas looduses ei kohta, kuna nad kas lagunevad kiiresti või on lihtsalt meile nähtamatud väga nõrkade vastastikmõjude tõttu.

Tekkivaid osakesi saab avastada osakestedetektorite abil. Et enamasti on tekkivad uued osakesed väga lühikese elueaga, siis ei näe me detektoris tihti mitte nende endi jälgi, vaid nende lagunemisel tekkivaid pikema elueaga osakesi. Kiirendite juures asuvad detektorid on keerulised ja kallid seadmed. Need koosnevad paljudest erinevat tüüpi alamdetektoritest, mis on mõeldud erinevate osakeste omaduste mõõtmiseks. Tänapäevane superdetektor on nagu suur sibul, mille keskel toimub kiirendist tulevate osakeste kokkupõrge ning tekkivaid osakesi ja nende laguprodukte mõõdetakse erinevates “sibulakihtides” kokkupõrkekoha ümber. Selliste sibul-detektorite läbimõõdud ulatuvad kümnete meetriteni ja kaal tuhandete tonnideni ning need on sõna otseses mõttes otsast otsani elektroonikaga täidetud. Ühest sellisest LHC detektorist, nimelt Compact Muon Solenoid (CMS) detektorist, räägivad autorid pikemalt Horisondis lähiajal. Aga enne, kui asume kirjeldama LHC kiirendit lähemalt, katsume veidi mõista seda füüsikat, mille otsimise tarvis LHC ehitatud on.

Osakeste Standardmudel

1970. aastate alguses loodud elementaarosakeste füüsika Standardmudel on vahest liigagi hea – vähemalt füüsikute jaoks, kes ihkavad avastada midagi uut. Pikka aega on kõik tehtud mõõtmised Standardmudelit kinnitanud ning alles viimasel aastakümnel on leitud kindlaid asitõendeid, mis viitavad uuele füüsikale väljaspool Standardmudeli piire. Esimesteks uue füüsika pääsukesteks olid neutriinode nullist erinevad massid ning tumeda aine leidmine galaktikates ja galaktikaparvedes.

Standardmudeli järgi on olemas kolme tüüpi osakesi: alusosakesed, mõju ehk jõudu ülekandvad osakesed ja Higgsi boson. Iga osakese jaoks on Standardmudelis oma kvantväli, mille ergastus ongi osake. Standardmudeli alusosakesed on fermionid spinniga ½, vastastikmõjusid üle kandvad osakesed bosonid spinniga 1. Higgsi bosoni spinn on 0.

Vastastikmõjusid on Standardmudelis kolm. Elektromagnetiline vastastikmõju, mida kannab üle footon, hoiab aatomites koos elektrone ja aatomituumi. Terve elektromagnetlainete spekter raadiolainetest kalgi gammakiirguseni on lihtsalt erineva energiaga footonid. Nõrk vastastikmõju vahendab näiteks neutroni beetalagunemist prootoniks, elektroniks ja antielektronneutriinoks. Kuna teda üle kandvad osakesed, bosonid Z, W⁺ ja W⁻, on rasked, siis on nõrga vastastikmõju ulatus väga väike, aatomituuma raadiuse suurusjärgus. Energial üle 100 GeV ühinevad aga elektromagnetiline ja nõrk mõju elektronõrgaks vastastikmõjuks. Tugev vastastikmõju, mida kannavad üle gluuonid, hoiab neutronites ja prootonites kinni kvarke. Nagu laetud osakesed tekitavad footoneid, on kvarkidel nn värvilaeng, mis tekitab gluuone. Kvarke on kolme erinevat “värvi”: punaseid, siniseid ja rohelisi (ja nende antivärve – antipunaseid jne), igaüks kaheksast gluuonist kannab aga üle kahte värvi, näiteks rohelist-antisinist jne.

Footonil elektrilaengut pole. Gluuonitel on aga värvilaeng ja seega nad ise võivad omakorda tekitada uusi gluuoneid. Tänu sellele käitub tugev vastastikmõju tuumaosakestes õige veidralt: kui kahte kvarki hakata üksteisest eemale sikutama, muutub nendevaheline jõud tugevamaks! Seepärast ei saa kvargid olla vabad osakesed, vaid saavad olla ainult mitmekesi koos ja seda nii, et nende värvilaeng on kokku null. Tugev vastastikmõju on seetõttu veelgi väiksema ulatusega kui nõrk. Tugevat vastastikmõju tundvaid osakesi nimetatakse hadroniteks.

Tähtede, planeetide ja meie tavaline aine on tehtud niinimetatud esimese põlvkonna osakestest. Neutronid ja prootonid aatomituumades koosnevad up- ehk u- ja down- ehk d-kvarkidest. Prootonis on kaks u-kvarki laenguga +2/3 ja üks d-kvark laenguga -1/3, mis kokku annavad laengu +1. Neutraalses neutronis on üks u-kvark ja kaks d-kvarki.

Osakesi, mis tugevat vastastikmõju ei tunne, nimetatakse leptoniteks. Meie tavalise aine tegemiseks piisab peale neutronite ja prootonite kvarkide veel elektronidest, mis tiirlevad aatomituumade ümber. Standardmudelis on elektroni paariliseks ülikerge ilma laenguta lepton – elektronneutriino. u- ja d-kvark ning elektron e ja elektronneutriino (ν_e) moodustavad nõndanimetatud esimese põlvkonna alusosakesi.

Millegipärast on aga looduses veel kaks põlvkonda alusosakesi! Teises põlvkonnas c-(charm) ja s-(strange)kvargid ning müüon (μ) ja müüneutriino (ν_μ), kolmandas b- ehk bottom- ja t- ehk top-kvargid ning tauon (τ) ja tauneutriino (ν_τ). Iga järgmise põlvkonna osakesed on eelneva põlvkonna omadest raskemad. Näiteks müüon on elektronist 192 korda raskem. Raskeim Standardmudeli osake on t-kvark, mille mass on 171 GeV.

Higgsi boson

Peale alusosakeste ja vastastikmõjuosakeste on Standardmudelisse sisse toodud veel üks osake, Higgsi boson. Selle olemasolu ennustas Peter Higgs. Seda on vaja Standardmudeli osakestele masside andmiseks: fundamentaalses teoorias on kõik osakesed peale Higgsi enda massita. Osake, mille spinn pöörleb tema liikumissuuna suhtes päripäeva, on “paremakäeline”, osake, mille spinn pöörleb vastupäeva, on “vasakukäeline”. Massiga osakesest saab küllalt kiiresti liikudes mööda minna, nii et tema liikumissuund on sinu jaoks vastupidine, ja nõnda leida taustsüsteemi, kus tema käelisus on vastupidine: näiteks vasakukäelisest saab paremakäeline jne. Valguse kiirusega liikuvale massita osakesele aga järele jõuda ei saa. Massita osakese käelisus on jääv suurus; vasakukäeline jääb vasakukäeliseks ja paremakäeline paremakäeliseks.

Kui energia on üle 100 GeV, on kõik Standardmudeli osakesed ilma massita ja liiguvad valguse kiirusega. Vasakukäelised ja paremakäelised osakesed käituvad nõrgas vastastikmõjus täiesti erinevalt. Vasakukäeline elektron ja elektronneutriino osalevad nõrgas vastastikmõjus, paremakäeline elektron (millel paarilist pole, sest looduses pole paremakäelist neutriinot!) aga mitte. Ka nõrga vastastikmõju ülekandjad Z- ja W-bosonid on fundamentaalses teoorias massita. (Tänu sellele ei saagi me suurel energial eristada nõrka ja elektromagnetilist vastastikmõju!) Meie madala energia maailmas on neil osakestel aga mass, mille tõttu ka nõrga vastastikmõju ulatus on väga väike. Et sellest probleemist üle saada, siis võeti appi Higgsi boson, mis viib vasakukäelised ja paremakäelised osakesed kokku ja annab neile massi. Umbes 100 GeV juures saab Higgsi väli vaakumi keskväärtuse. See tähendab, et kuigi Higgsi osakesi energial alla 100 GeV (umbes Z-bosoni mass) pole, on Higgsi välja väärtus kõikjal nullist erinev (246 GeV).

Vaakumi keskväärtus mõjub Z- ja W-bosonitele, kvarkidele ja leptonitele umbes nõnda nagu keskkond valgusele, kui see seal liigub. Vaakumis liigub valgus kiirusega 300000 km/s. Aines aga on valgus tänu pidevale neeldumisele ja uuesti kiirgamisele aeglasem kui vaakumis. Aines oleks footonil otsekui väike mass! Analoogselt paneb Higgsi boson osakesed liikuma aeglasemalt kui valgus vaakumis, andes neile efektiivse massi.

Higgsi massi eksperimentaalseks alampiiriks on määratud 115 GeV. See on teada eelmisest suurest CERN-i kiirendist LEP (Suur Elektronide-Positronide Põrkur), mis asus samas tunnelis, kus praegu pannakse kokku LHC. Teoreetiline ülempiir Higgsi massile on mõnisada GeV kuni 1 TeV. Sellest energiast kõrgemal hakkab Standardmudel andma matemaatiliselt mõttetuid tulemusi, näiteks lähevad tõenäosused ühest suuremaks. Järelikult peab seal mängu tulema juba mingi uus, meile veel tundmatu füüsika.

Just Higgsi boson on see uus osake, mille leidmist LHC-lt kõige enam oodatakse. Ebakindel vihje Higgsi olemasolu kohta tuli juba LEP-i eksperimendist, kuid kindla vastuse saab anda alles LHC. Standardmudelis on Higgsi boson elementaarosake. On pakutud ka võimalust, et Higgs koosneb omakorda uutest osakestest, mida hoiab koos uus tugev vastastikmõju, need on väikese Higgsi (little Higgs) mudelid. Just nende mudelite uurimisega tegelevad ka Eesti osakestefüüsikud.

Supersümmeetria

Et Higgsi boson annab osakestele massi, on tema vastastikmõju osakesega võrdeline tolle massiga. Iga osake omakorda annab Higgsi massile nn kvantparandusi, mis sõltuvad tema massist. Nii võiks suvaline veel avastamata raske osake muuta Higgsi massi väga suureks, suuremaks kui Standardmudelist ennustatud.

Nõndanimetatud supersümmeetrias on igal fermionil paariliseks boson ja bosonil fermion. Need annavad Higgsi massile vastupidise märgiga parandused ega lase tal minna liiga suureks. Kvarkide ja leptonite supersümmeetrilised partnerid on skvargid ja sleptonid spinniga 0. Footoni supersümmeetrilist partnerit nimetatakse fotiinoks, Z-bosoni partnerit ziinoks, gluuoni partnerit gluiinoks. Iga osakese partner osaleb samades vastastikmõjudes, mis osake ise: näiteks gluiinol on värvilaeng jne. LHC-s võib nõrgalt ümbritseva ainega mõjustuvaid supersümmeetrilisi osakesi leida kokkupõrgetes nn kadumaläinud energia kaudu.

Külm tume aine

Kosmoloogilised vaatlused näitavad, et 74 protsenti universumist on tume energia, mille tagajärjel universum paisub kiirenevalt. Vaid neli protsenti on tavaline kvark- ja leptonaine, millest koosnevad tähed, planeedid ja meie ise. Ülejäänud 22 protsenti on niinimetatud tume aine, mida pole näha, kuid mille olemasolu saab kaudselt kindlaks teha.

Tumedat ainet on vaja galaktikate pöörlemiskõverate, vaadeldud gravitatsiooniläätsede ja universumi suuremastaabilise struktuuri seletamiseks.

Et tumedat ainet pole näha, peab see koosnema elektrilaenguta osakestest. Need osakesed peavad olema suhteliselt rasked, massilt kümnete gigaelektronvoltide suurusjärgus. Liiga kerged osakesed oleksid kunagi Suures Paugus tekkides saanud liiga suure kiiruse, ei püsiks piisavalt paigal ega seletaks universumi suuremastaabilist struktuuri: universumis oleks aine jaotunud ühtlasemalt, kui ta tegelikult on.

Kui tumeda aine osakesed LHC-s tekivad, saab neid leida kokkupõrgetes kaotsiläinud energia kaudu. Tumedal ainel on palju kandidaate, näiteks supersümmeetrilised osakesed neutraliino ja bino või rasked neutriinosarnased osakesed.

Lisamõõtmed ja mustad augud

Gravitatsioon on fundamentaalsetest vastastikmõjudest kõige nõrgem. Ta on niivõrd palju nõrgem, et osakestefüüsika eksperimentides võib teda täielikult ignoreerida. Meie neljamõõtmelises aegruumis muutub gravitatsioon elementaarosakeste vahel oluliseks alles Plancki energial 10¹⁹ GeV ja Planki pikkusel 10^-35 meetrit.

Kui õnnestuks kokkupõrkavatele osakestele kahe peale anda Plancki energia ja viia nad üksteisele lähemale kui Plancki pikkus, tekiks neist mikroskoopiline must auk. Mustad augud ei ole aga püsivad, vaid “aurustuvad” Hawkingi kiirguse tõttu, tekitades oma massi arvel footoneid ja teisi osakesi. Mida väiksem on musta augu mass, seda kõrgem on tema kiirguse temperatuur (seda suurema energiaga ja raskemaid osakesi ta kiirgab) ja kiiremini ta aurustub. Plancki massiga must auk on tohutu kuum ja aurab ära hetkega.

Kuidas seletada raskusjõu nõrkust?

Arkani-Hamedi, Dimopoulose ja Dvali (ADD) mudelis on ruumimõõtmeid tegelikult rohkem kui kolm, aga kõik elementaarosakesed on “vangis” kolmemõõtmelisel braanil (lühend membraanist). Kõik – peale ühe, gravitatsiooni. Teised osakesed lisamõõtmeid ei “näe”, sest nad on braanil kinni. Vaid gravitatsioon pääseb teistesse mõõtmetesse ja lahjeneb. ADD-mudeli järgi seepärast raskusjõud tundub nii nõrk võrreldes teiste vastastikmõjudega.

Üheski kiirendis osakestele Plancki energiat anda pole mingit lootust: prootonite põrkeenergia on LHC-s Plancki energiast ligi 10¹⁶ korda väiksem. Kuid ADD-mudel väidab, et gravitatsioonijõud on väikestel kaugustel tugevuselt lähedane teistele vastastikmõjudele ning Plancki energiaskaala on vaid näiliselt nõnda kõrge. Tegelik Plancki energia on siis palju väiksem ja võib olla TeV suurusjärgus.

See energia on juba kättesaadav ka LHC-le. Kui ADD-mudel peaks osutuma tõeks, hakkavad LHC-s prootonite põrgetes tekkima mikroskoopilised mustad augud. Kui tõeline Plancki skaala on 1 TeV, tekib LHC-s umbes üks must auk sekundis. Et nende temperatuur on väga kõrge (10¹⁵ K), aurustuvad nad kohe, kiirates välja väga iseloomulikku kiirgust. Nende üliväikeste mustade aukude tekkimine LHC-s oleks hiilgav kinnitus hüpoteesile, et elame kõrgemamõõtmelises ruumis asuval 3-braanil. Siis saaks LHC-s uurida ka kvantgravitatsiooni, mille teooriat pole siiani suudetud luua, ning kontrollida, kas näiteks stringiteooria on füüsikaline teooria. Kättesaadav oleks kogu füüsika, mida praegu usutakse olevat palju kõrgematel energiatel kui seni.


LOE VEEL

Eesti CMS-töörühma veebileht: http://hep.kbfi.ee/

Jaak Lõhmus. Universum – eosed laboris. Horisont 6/2004, lk 10–15.

Kogumik “Universumi mikromaailm”. Koostanud-toimetanud Jaak Lõhmus ja Rein Veskimäe. OÜ Reves Grupp, 2003.

ANDI HEKTOR (1975) on lõpetanud Viljandi C. R. Jakobsoni nimelise gümnaasiumi ja Tartu ülikooli füüsika erialal. Ennast täiendanud ja töötanud Aarhusi, Uppsala ja Helsingi ülikoolis, Davy Faraday Research Laboratory’s Londonis ja CERN-is Genfis. Aastast 2002 Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) teadur. Tööalane tegevus: CERN-i CMS eksperiment, EURATOM-i fusiooniuuringute programm ja BalticGrid projekt.

KRISTJAN KANNIKE (1978) on lõpetanud Kohila gümnaasiumi. Õppinud keemiat Tallinna tehnikaülikoolis ja füüsikat Tartu ülikoolis. Füüsikamagister (2005). Tartu ülikooli doktorant. Täiendanud end Helsingi ülikoolis ja CERN-is. Tööalane tegevus: CERN-i CMS eksperiment ja BalticGrid projekt.