Hiukkasfysiikasta Helsingin yliopistossa perjantaina väittelevä Santeri Laurila etsii Cernin tutkimuskeskuksen suurimmalla LHC-hiukkastörmäyttimen datasta Higgsin bosonin sukulaishiukkasia. Koneoppimisesta haettaan myös tehoa valtavan datamäärän analysointiin.
Ennätyksellisen suuri törmäysenergia ja kehittyneet analyysimenetelmät mahdollistavat entistä paremman etsintätarkkuuden. CMS-koeasema sijaitsee LHC-hiukkastörmäyttimen tunnelissa Sveitsin Cernissä
Vuonna 2012 Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa Cernissä tehtiin historiaa, kun tutkijat ilmoittivat havainneensa uuden alkeishiukkasen. Uusien hiukkasten metsästäminen jatkuu Cernissä edelleen. Monet teoreettiset fyysikot ovat esittäneet, että Higgsin bosoneita voi olla useita erilaisia.
Näistä Higgsin bosonin sukulaishiukkasista etsitään nyt merkkejä maailman suurimmalla ja tehokkaimmalla LHC-kiihdyttimellä. Kun törmäysenergiaa kasvatetaan, todennköisyys Higgsin bosonien syntymiselle kasvaa. Tämä pätee myös sähkövarauksellisiin Higgsin bosoneihin, jos niitä on olemassa.
Santeri Laurilan väitöstutkimuksessa sähkövarauksellisia Higgsin bosoneita etsitäänkin ennätyksellisen suurienergisistä törmäyksistä. Väitöskirjassa analysoitu data kerättiin vuoden 2016 kokeissa. Sen jälkeen uutta dataa on kerätty kolminkertainen määrä. Uuden datan analysointi on parhaillaan käynnissä.
Viime vuosina kerätyssä datassakin riittää kuitenkin analysoitavaa, ja 2021 alkaen LHC:ssa törmäytetään protoneja todennäköisesti entistäkin suuremmalla energialla. Samalla tutkijat kehittävät yhä tarkempia menetelmiä datan seulomiseen.
’’Käytämme esimerkiksi uusimpia koneoppimismenetelmiä ja osallistumme niiden kehittämiseen. Itseoppivat algoritmit voivat havaita datasta asioita, joita ihminen ei ole tullut ajatelleeksi, toteaa Santeri Laurila
Laurila laati väitöstutkimuksensa osana kansainvälistä tutkijaryhmää, jossa oli suomalaistutkijoiden lisäksi mukana fyysikoita mm. Massachusetts Institute of Technology -yliopistosta Yhdysvalloista, Kyprokselta ja Meksikosta.
DI Santeri Laurila väittelee 18.10.2019 kello 12 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta Search for Charged Higgs Bosons Decaying to a Tau Lepton and a Neutrino with the CMS Experiment.
Lisää: Väitöskirja (LINKKI) ja tutkijaryhmän artikkeli Journal of High Energy Physics -lehdessä kesällä 2019 (LINKKI)
Kuva: Hiukkasfyysikko Santeri Laurila taustallaan CMS-kokeen mittauslaitteistoa. CMS-koeasema sijaitsee LHC-hiukkastörmäyttimen tunnelissa Cernissä. Kuva: Juska Pekkanen.
TAUSTAA: Cernin LHC-törmäytin sijaitsee 27 kilometrin ympyrätunnelissa Geneven lähellä. LHC:ssa protoneita, eli vetyoatomien ytimiä, kiihdytetään tyhjiöputkissa hyvin lähelle valonnopeutta. Vastakkaisiin suuntiin kulkevat protonisuihkut ohjataan törmäämään toisiinsa.
Törmäyksessä vapautuvasta energiasta voi syntyä uusia hiukkasia, kuten Higgsin bosoneita. Tätä energian muuttumista massaksi kuvaa Einsteinin kuuluisa yhtälö E=mc2.
Suomalaiset tutkijat ovat mukana törmäyksiä mittaavassa CMS-kokeessa, jolla kerättiin myös Laurilan käyttämä data. CMS on kerrostalon kokoinen koelaitteisto, joka mittaa törmäyksissä syntyvneiden hiukkasten aiheuttamia signaaleja. Suomen osuutta Cernin kokeissa koordinoi Fysiikan tutkimuslaitos HIP (LINKKI) ja Cern (LINKKI).