Meie maailm paistab olevat väike virvendus

Joosep Pata Foto: Sirp

Mainekas ja innustav osakestefüüsika uurijastipendium anti Joosep Patale, kirjutab Marek Strandbert värskes Sirbis.

Euroopa tuumauuringute keskuse (CERN) kompaktse müüonsolenoidi töörühm (CMS) on oma 2013. aasta fundamentaalfüüsika alase uurijastipendiumi (20 000 Šveitsi franki) andnud Eesti noorele füüsikule Joosep Patale. (CMS on see eksperimentaalseade, millega saadi kinnitus Higgsi bosoni olemasolule.)

Millal liitusid CERNi töörühmaga, millistes katsetes osalesid ja mis rolli seal täitsid?

Joosep Pata: Martti Raidali osakestefüüsikaga tegeleva töörühmaga liitusin 2011. aasta alguses, aga tegelesin rohkem füüsika nn fenomenoloogiaga, s.t teoreetiliste mudelite simuleerimisega. Sellest olen teinud ka bakalaureusetöö.

Eksperimentaaltööd CMSi eksperimendis hakkasin tegema mõne aja pärast, kui olin saanud osaleda CERNi suveüliõpilaste programmis. Sain tänu Mario Kadastikule kohe andmete juurde, töötasin välja üht statistikal põhinevat andmeanalüüsimeetodit topeltlaetud Higgsi bosoni otsingute jaoks. See ei läinud küll kasutusse, aga on nüüd meie «tööriistakohvris» olemas.

Topeltlaetud Higgsi boson ... mis see on?

See on üks võimalik nähtus või ka osake, mis esineb standardmudelivälistes teooriates. Need teooriad, nt supersümmeetria teooria, ennustavad, et peale neutraalse Higgsi bosoni on olemas ka laenguga Higgsi bosonid. See on üks osakestefüüsika n-ö suitsev tukk (ingl smoking gun). Täpsemalt on seda valdkonda uurinud Mario Kadastik ja Liis Rebane, kelle doktoriväitekirjade teemaks on see olnud. (Supersümmeetria on üks käsitlus aegruumist, mis erineb füüsikas kasutatavast standardmudelist, ning juhul, kui laetud Higgsi bosonid on eksperimentaalselt nähtavad, võib supersümmeetria saada juurde argumente, et see sobib looduse kirjeldamiseks. Toim)

Laiemalt: millal ja kuidas kujunes sul huvi reaalteaduste vastu ja kas oli ka muid huvisid, millesse oleksid soovinud õpingute ajal keskenduda?

Huvi reaalalade vastu tekkis lapsepõlves juba algkoolis. Vanemad on mul hariduselt bioloogid, mõlemad ka teadlased – nemad soosisid küsimist ja toetasid mind. Osalesin füüsika- ja matemaatikaolümpiaadidel, ja seda vahelduva eduga kogu kooliaja vältel. Huvi oli sageli suuremgi kui edu. Oma roll oli vahest ka raamatutel. Meelelahutusraamatud, kirjandus üldisemalt on mind alati huvitanud. See oleks olnud füüsika järel ilmselt järgmine valik, millega süvitsi tegeleda. Praegu on aga huvi ja oskuste telg ses vallas veel rohkem tasakaalust väljas.

Millise stipendiumiga on tegemist ja kellele seda antakse?

Tegemist on stipendiumiga, mida jagab CMSi töörühm oma noortele liikmetele, selleks et kuni aasta jooksul võtta

CERNis aktiivselt osa eksperimendi teadus- ja arendustööst. Ainsaks tingimuseks kandideerimisel oli osalemine selles koostöös ja see on tänu Martti Raidali töörühmale Eestis võimalik. (Eesti ei ole CERNi liige, aga keemilise ja bioloogilise füüsika instituut on CMSi liige.) Sel aastal oli kandidaate 51, tasemel bakalaureusetudengid ja järeldoktorid kõik ühes kategoorias, 19 riigist. Välja kuulutati kuus erinominendi kohta – tänavu Itaaliast, USAst, Iraanist, Soomest, Mehhikost – ja üks täisstipendiaat. See stipendium tuli siis minule Eestisse.

Füüsikud on arvanud, et Higgsi bosoni avastamine on osakestefüüsikas tekitanud justkui ummiktee. Maailm olevat piisavalt ära kirjeldatud. Mis edasi? Veelgi suurem ja võimsam kiirendi? Uued teooriad universumi loomuse kohta ja nende läbikatsetamine?

Sellest võiks loomulikult lehekülgede kaupa kirjutada. Esiteks peab ütlema, et Higgsi bosoni teoreetilise ennustamise ja katselise avastamisega ei ole lugu osakestefüüsikas sugugi lõppenud. Meie maailm paistab olevat, piltlikult öeldes, väike virvendus tumeenergia ja -aine maailma pinnal. Pealegi ei ole seletust sellele, miks universumis on palju ainet, aga vähe antiainet. Siin on oluline märkida, et Higgsi boson oli enam-vähem ainuke avastus, mida sai «lubada», see tähendab, mis oli kindlasti CERNi mõõteseadmete tundlikkuse piires ja mille mitteilmumine oleks olnud väga imelik. Ülejäänud hüpoteetiliste teooriate või osakeste avastamist ei saa ette ennustada. See võib juhtuda või mitte juhtuda – sõltuvalt sellest, kuidas maailm on ehitatud. Kuid kui me kiirendite abil maailma ei vaata, siis uut me ei näe ka kohe kindlasti. Saan eksperimentaatorina öelda vaid seda: maailm on mingi täpsusega tõepoolest selline, nagu me olime ennustanud. See aga ei tähenda, et meie ennustus on lõpmatu täpsusega absoluutne tõde. On täiesti võimalik, et väikesed kõrvalekalded teatud osakestefüüsika protsessides annavad meile selle peidetud maailma kohta vihjeid. Selliste mõõtmiste tegemine – seoses t-kvargi ja Higgsi bosoniga – oli ka minu stipendiumile kandideerimise avalduse sisu.

Suuremate ja võimsamate kiirendite aeg hakkab vaikselt läbi saama, sest on olemas insenertehnilised piirangud. Arvatavasti ehitatakse veel vähemalt üks suur kiirendi, millest saab praegu väljaõpetatava uue eksperimentaalkoolkonna tööriist, kuid see on veel alles planeerimisjärgus. Arvatavasti tulevad edusammud osakestefüüsika ja astrofüüsika vaatluste ja ennustuste ühendamisest, kosmiliste kiirte detailsetest uuringutest ja osakestefüüsika täppismõõtmistest. Kui mitte midagi uut ja üllatavalt ei tule ka LHC (CERNi suur osakestepõrgati) järgmisest mõneaastasest jooksutamisest, mis algab arvatavasti 2015. aastal, siis on vaja siiani väga edukas universumi kirjeldamise sümmeetriatel põhinev lähenemismeetod ümber mõelda.