Harvoin on niin pienistä päähenkilöistä kirjoitettu niin valtavasti juttuja kuin nyt protoneista, jotka vipeltävät keskiviikkona käynnistettävässä uudessa hiukkaskiihdyttimessä. Mutta harvoin on myöskään rakennettu niin suurta laitetta kuin on hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen Cernin suuri hadronitörmäytin, Large Hadron Collider eli tuttavallisemmin LHC.
"Suurimpia laitteita, mitä ihminen on rakentanut", arvioi LHC:n kokoa professori Jorma Tuominiemi Fysiikan tutkimuslaitoksesta. Kiihdytin on rakennettu 27 kilometriä pitkään rengasmaiseen tunneliin, joka on sata metriä maan alla.
Lisäksi LHC:n yhteyteen on rakennettu neljä koeasemaa, joilla havainnoidaan hiukkaskiihdyttimellä tuotettavia protonien törmäyksiä. Kustannusten kokonaissumma liikkuu kolmen miljardin euron paikkeilla.
LHC:n toimintaperiaate kuulostaa yksinkertaiselta. Otetaan kaksi protonia, kiihdytetään ne miltei valon nopeuteen lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytetyssä tunnelissa ja törmäytetään toisiinsa. Tutkijat ovat kiinnostuneita erityisesti siitä, mitä törmäyksessä syntyy.
"Fysiikassa on aika hyvä peruskäsitys aineen perusrakenteista, muun muassa kvarkeista", Tuominiemi kertoo. "Nyt ollaan selvittämässä seuraavaa avointa kysymystä: teorian mukaan alkeishiukkaset ovat pistemäisiä, joten mistä niille saadaan massa?", hän jatkaa. Jos kvarkit koostuvat vielä pienemmistä osasista, suuri törmäysenergia saattaa paljastaa niiden sisäisen rakenteen.
Alkeishiukkasten massan alkuperälle on olemassa teorioita, joista suosituin vaihtoehto olettaa löytyväksi niin sanottuja Higgsin bosoneja. Näiden uusien hiukkasten aikaansaaminen protoneja törmäyttämällä olisi merkittävä edistysaskel aineen perusrakenteen tutkimuksessa.
Higgsin hiukkasen etsiminen on vain yksi LHC:n tehtävistä, joskin tärkein yksittäinen tavoite. LHC voi antaa tietoa myös materian alkuperästä ja maailmankaikkeuden synnystä ja rakenteesta, sillä alkuräjähdyksen jälkeen vallitsi olosuhteet, joissa alkeishiukkasia esiintyi.
Kiihdyttimessä protonit kiitävät kimppuina, sekunnissa tunnelissa ehtii tehdä 11 000 kierrosta. Koeasemilla tapahtuu 40 miljoonaa protonikimppujen törmäystä sekunnissa. Fyysikkojen laskelmien mukaan on tuotettava keskimäärin 10 miljardia protoni-protoni-törmäystä, jotta joukossa olisi yksi, jossa syntyy Higgsin bosoni.
Valmistavissa kokeiluissa protonisuihkuja on ammuttu tunnelissa kolmen kilometrin matkalla sekä vasta- että myötäpäivään. Keskiviikkona protonisuihkut lähetetään ensimmäistä kertaa kiertämään ympyränmuotoista rataa vastakkaisiin suuntiin. Aluksi ei silti vielä päästä törmäysvaiheeseen.
Cernissä keskiviikosta odotetaan melkoista mediatapahtumaa. "BBC:n ryhmä lähettää suoraa ohjelmaa heti aamusta", Tuominiemi kertoo. Uusia alkeishiukkasia ei kuitenkaan vielä iltauutisiin saada.
"Syksyn kuluessa protoneja jo törmäytetään. Sivistynyt arvaus on, että jos kaikki sujuu suunnitellusti, vuoden 2009 loppuun mennessä voitaisiin olla vähän viisaampia Higgsin bosonin olemassaolosta", Tuominiemi arvioi. Selvä vastaus pitäisi olla tiedossa vuoden 2010 aikana.
Jos Higgsin hiukkasta ei löydy, suurimman osan maailmankaikkeudessa havaituista ilmiöistä selittävä fyysikoiden standardimalli uhkaa joutua täysremonttiin tai ö-mappiin.