AMS vauhdissa

Toiseksi viimeinen sukkulalento lähti meneen maanantaina ja Endeavourin ruumassa oli tällä kertaa vähän erikoisempi kapistus, Alpha Magnetic Spectrometer versio 2.0, lyhennenälkäiset sanokaa AMS-02 vaa. Sen tehtävänä on tutkia avaruuden taustasäteilyn koostumusta. Homma onnistuu tietenkin parhaiten avaruudessa, jossa tuo säteily ei tyssää ilmakehään. AMS-02:n edellinen prototyyppi ,versio 1.0, lensi MIR-avaruusasemalle jo vuonna 1998 ja tuo äsken laakaistu mötikkä on lihotettu versio tästä.  Tätä AMS-projektia on siis suunniteltu pitkään ja hartaasti, ja se oli jo pistetty hyllyllekin kerran Columbia-sukkulan onnetomuuden jälkeen.

Periaatteessa AMS-02:ssa ei ole mitään kovin maagista sillä se on vain pienikokoinen hiukkasilmaisin, joka on kuin miniatyyriversio vaikkapa CERN:issä tällä hetkellä käytettävistä kolossaalisista hituilmaisimista, joilla koetetaan metsästää sitä Higgsiä, muun muassa. Lisäksi tän tyyppisiä kapistuksia on roudattu taivaalle ennenkin, sekä raketeilla avaruuteen että ilmapalloilla yläilmakehään. Näistä pioneereista voi vaikka mainita italialaisten PAMELA:n, joka vähän aikaa sitten havaitsi jotain hyvin mielenkiintoista avaruussäteilyssä ja sai aikaan pienen hässäkän siinä sivussa. AMS-02:lla on kuitenkin yksi etu kaikkiin edeltäjiin verrattuna ja se on yksinkertaisesti supersizattu koko. PAMELA painaa 470 kg, mutta AMS-02:n massa on jo yli 6 tonnia (vertailun vuoksi CERN:in ATLAS-ilmaisin on 7000 tonnia painava jässikkä). Suuri koko mahdollistaa suuren mittaustarkkuuden ja enemmän herkullista dataa kosmologeille, jotka potevat kroonista datanälkää. Tämä ihan sen takia, että muutaman tuhannen euron palkalla teoreettikko pystyy kyllä tuottamaan vuodessa vaikka kuinka monta hienoa teoriaa, mutta sitä tarvitaankin miljardiluokan kokeita testaamaan hypoteesien paikkansapitävyys. AMS-02:n hintalappu on varovaisen arvion mukaan noin puolitoista miljardia dollaria.

Kun AMS-02 on kiinnitetty avaruusasemaan se alkaa odottamaan, että kalat tulevat ja uivat sen haaviin. Tässä tapauksessa kalat ovat avaruussäteilyn hiukkasia ja haavi on ison yli tonnin painoisen kestomagneetin magneettikenttä, jossa sähköisesti varatut hidut alkavat kaartamaan. Kaartamisen suunnasta saa selville onko kyseessä positiivisesti vai negatiivisesti varattu hiukkanen ja kaarevuussäde kielii hidun varauksesta ja massasta. Magneettikenttään on sijoitettu iso kasa ilmaisimia, jotka rekisteröivät hitujen törmäyksiä niihin ja tästä kaikesta tiedosta rakennetaan ensin hidun rata ja siitä sitten massa, varaus ja energia, joka sitten paljastaakin onko kyseessä kenties elektroni vai protoni, tahi niiden antihiukkaset positroni ja anti-protoni, vaiko (hiiiiiii) jopa jotain aivan uutta ja tuntematonta. AMS-02:n keskellä on piidetektori, joka rekisteröi tarkasti hidun radan. Kokemuksesta tiedän, että nämä detektorit ovat pirun tarkkoja härveleitä. CERN:in aikoina hääräsin yhden piidetektorin datan ympärillä ja sillä pystyttiin hidun radan piste määrittämään muutamien mikrometrien tarkkuudella. Tätä voi verrata ihmisen hisuun joka on noin 50 mikrometriä paksu. Mitä tarkemmin saadaan hidun paikka mitattua sitä tarkemmin saadaan hidun energia mitattua, koska suurienerginen ja raskas hitu ei paljon hätkähdä AMS-02:n magneettikentästä vaan menee melkein suoraa tietä sen läpi. Silloin tarkkaan energian mittaamiseen tarvitaan hyvin tarkkaa tietoa siitä pienestä tönäisystä mitä magneettikenttä hidulle aiheuttaa. Piidetektorin toimintaperiaate on vähän sama kuin mittaisi lentävän kärpäsen paikan siitä mikä sälekaihtimen säle heilahtaa, jos kärpänen törmää siihen. Tästähän saa yhden koordinaatin, oliko kärpänen korkealla vai matalla kun se kopsautti sälettä päin, jos nyt ajatellaan, että säleet olivat vaakasuunnassa. Jos kärpänen jatkaa tästä eteenpäin ja törmää vielä kerran toiseen sälekaihtimeen, jossa säleet ovat pystysuorassa saadaan mitattua paikka vaakasuunnassakin ja, ta-daa, näin tiedämme suhteellisen tarkasti kärpäsen muksahtamispaikan. Piidetektorissa nämä ”säleet” ovat johtavia lankoja ja energia, mitä langat mittaa on piistä irtoavien elektronien varaus, kun hitu mäjähtää piilevyä päin. Piidetektorissa langat ovat tietenkin hyvin tiheessä, muutamien kymmenien mikrometrien päässä toisistaan ja tätäkin suurempaan tarkkuuteen paikanmittauksessa päästään, koska hidun törmäys vaikuttaa vähän viereisiinkin lankoihin. Tästä pystytään päättelemään oliko törmäyskohta kenties pikkasen enemmän ylöspäin kuin alaspäin säleen keskipisteestä.

Mitäs suurta ja mullistavaa fysiikkaa on sitten tarjottimella AMS-02:lle? Jos antihiukkasia havaitaan ”liikaa”, saattaa se kieliä jopa antemateriagalaksien olemassaolosta. Luultavasti tämä on aivan pöhkö ajatus, mutta asia on testattava. Tänhetken kosmologia kun olettaa, että antimateria on hyvin harvinaista maailmankaikkeudessa ja Maassakin ”suuria” keskittyneitä määriä antihituja löytyy vain hitufysiikan labrojen antimateria-akuissa. Jos antimateriaa ei löydy ihan niin paljon niin jotkut toiset toivovat, että datasta löytyisi viitteitä pimeän aineen rakenteelle. Sekin olisi toki jo jotain! 95% kaikesta maailmankaikkeuden tavarasta on tätä pimeetä versiota, josta emme tiedä oikeen yhtään mitään. Mistä sitä tietää vaikka se muodostaisi oman alimaailmankaikkeuden, jossa pimeä älyllinen elämä naureskee, kun me poloiset emme tiedä mitään teh suuren maailman tapahtumista. Mutta AMS-02 voi ehkä antaa vähän vinkkiä mitä tuo pimeä tavara on. Pimeä aine saattaa heikosti vuorovaikuttaa itsensä kanssa ja siinä sivussa muodostaa tavallista ainetta tai sen anti-versiota. Näin siis jotkut toiveikkaat teoreetikot veikkaavat. Heikosti jos käy niin AMS-02:n roudataan suurella vaivalla ja rahalla taivaalle eikä havaitse mitään mielenkiintoista. Mutta jos ei veikkaa, ei voi voittaa..

Higgs-rintamalla ei ole mitään muuta uutta kuin se suuri huhu, että ATLAS-detektori olisi jotain nähnyt 115 GeV/c^2 massan hujakoilla. Huhu lähti liikkeelle hitufyysikko Peter Woitin blogiin anonyymisti postatulla kommentilla, jossa kommentoija viittasi ATLAS-detektorin sisäiseen muistioon. Tarkoitus oli luultavasti sohasta kepillä muurahaispesää ja aiheuttaa mediassa säpinää. Jos näin oli niin siinä onnistuttiin, sillä juttu oli pian jokaisessa uutimessa vaikka kaikki fyysikothan tiesivät, että tuolla kerätyllä datalla ei vielä voida todistaa mitään. Mutta huhu on mielenkiintoinen, sillä tuo massa on sama missä CERN:in nykyisen hitukiihdyttimen edeltäjä LEP löysi jotain pientä epänormaalia, mutta ei ehtinyt sitten kerätä tarpeeksi dataa, että oltaisiin pystytty sanomaan onko kyseessä vain joku statistinen heilahdus, joita tulee ja menee. CERN:issä tuotantoajot ovat kuitenkin käynnissä ja dataa puskee sitä vauhtia, että en ihmettelisi vaikka Higgs löytyisi jo parin vuoden sisällä. Koko huhu nosti siis vain pinnalle keskustelun, että onko eettistä sensaatiohakuisesti vuotaa kollaboraatioiden sisäisiä muistiinpanoja vai tehdäänkö tällä tavalla vain hallaa, jos kollaboraatioiden kynnys julkaista mitään edes omaan käyttöön ja tieteelliseen keskusteluun nousee.

Advertisements