Siirry pääsisältöön
Facebook Twitter LinkedIn Email
17.2.2022

Miksi Higgsin kenttä ei mene kohti pienimmän mahdollisen energian tilaa samalla tavoin kuin havaittu aine tekee, esimerkiksi rauta, joka ruostuu?

Jos Higgsin kenttäkin tekisi näin, selittäisikö se mustat aukot, pimeän energian, pimeän aineen ja syklisen maailmankaikkeuden?

Yliopistonlehtori Iiro Vilja, fysiikan laitos, Turun yliopisto:

Kun rauta ruostuu, se muuttaa olomuotoaan. Jos Higgsin kenttä muuttaisi olomuotoaan samalla tavalla eli tapahtuisi faasimuutos, maailmankaikkeuskin muuttaisi muotoaan. Siksi voimme olla tyytyväisiä, ettei näin ole tapahtunut.

Higgsin kenttä on tärkeä osa hiukkasfysiikan standardimallia. Malli antaa selityksen, miten maailmankaikkeus on rakentunut alkeishiukkasista ja mitkä voimat pitävät sitä koossa. Higgsin kenttä täydentää mallin kertomalla miksi aineella on massa. Ilman massaa ei voi olla atomeja, joista molekyylit rakentuvat ja lopulta kaikki elämä. 

Higgsin kenttä vaikuttaa maailmankaikkeudessa kaikkialla koko ajan taustalla. Alkeishiukkaset saavat massansa, kun ne vuorovaikuttavat Higgsin kentän kanssa. Jos vuorovaikutusta ei tapahdu, hiukasella ei ole massaa. Tämän vuoksi kvarkeilla ja elektroneilla on massa, mutta fotoneilla ei ole.

2000-luvulla todisteita Higgsin kentästä ryhdyttiin etsimään kokeellisesti Cernin LCH-hiukkaskiihdyttimen avulla. Vuonna 2012 löydettiin Higgsin hiukkanen eli Higgsin bosoni, joka on Higgsin kentän välittäjähiukkanen. Tiedemaailma on käytännössä yhtä mieltä, että löytö todistaa aukottomasti Higgsin kentän olemassaolon. Vuonna 2015 Higgsin bosonin massaksi todettiin 125 gigaelektronivolttia (GeV) eli sen massa on noin 125 kertainen protoniin tai vetyatomiin verrattuna. 

Higgsin bosoni on ominaisuuksiltaan ainutlaatuinen muihin hiukkasiin verrattuna. Sen vakuumiarvo (arvo, jossa se pysyy muuttumattomana) ei ole nollassa ja se saa saman vakaan arvon kaikkialla. Näin se ikään kuin kannattelee maailmaa. Tyhjässä avaruudessakaan eli tyhjiössä se ei mene nollaan: Higgsin bosonien muodostaman kentän suuruus on 246 GeV, jolloin sen energia on pienimmillään.   

Fyysikkojen keskuudessa on kuitenkin paljon pohdittu kysyjän esittämää ongelmaa. Voisiko olla niin, ettei Higgsin kenttä tällä hetkellä sittenkään ole omassa minimienergiatasossaan, vaan siirtyy joskus tulevaisuudessa oikeaan minimiinsä. Jos tämä olisi mahdollista, se voisi tapahtua periaatteessa milloin tahansa. Asiaa on tutkittu ja sitä pidetään äärimmäisen epätodennäköisenä. Näinhän ei ole vielä tapahtunut kuluneen noin 14 miljardin vuoden aikana (maailmankaikkeuden ikä), joten tuskin tapahtuu lähitulevaisuudessakaan. Tutkimuskirjallisuutta aiheesta löytyy englanniksi hakusanalla "vacuum stability". 

Joka tapauksessa Higgin kentässä tapahtuvat muutokset ja kosmiset faasimuutokset yleensäkin, ovat yksi suosituimmista maailmanlopunskenaarioista fyysikoiden keskuudessa. Myös maallikkopiireissä asia tunnetaan. Cernin hiukkaskiihdytintä vastustettiin jopa mielenosoituksin, koska pelättiin, että korkeaenerginen törmäys hiukkasten välillä saattaisi jotenkin töytäistä Higgsin kentän oletettuun oikeaan minimiinsä. 

Tällöin maailmankaikkeus ei välttämättä katoasi kokonaan, mutta ihmisen ja kaiken muun nykyisen olemassaolo päättyisi. Tilalle tulisi jokin toinen olomuoto, erilainen fysikaalinen todellisuus. Myös pimeä energia voisi kenties hävitä tai muuttua toisenlaiseksi. Mustat aukot, pimeä aine ja syklinen maailmankaikkeus eivät sen sijaan suoraan liity tähän keskusteluun.

Viimeksi muokattu 17.2.2022

mustaA200.jpg

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:
 
Facebook logo  Twitter logo  Youtube logo

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
viestinta@aka.fi

Suomen Akatemian logo

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi

SAAVUTETTAVUUS