Aalto -universitetets doktorand Juska Pekkanen ingår i en grupp som arbetar med de högsta kollisionenergier som någonsin uppnåtts.

Arbetet vid CERN-forskningscentret i Schweiz blev allmänt känt när den Nobelpristagande upptäckten av Higgsboson 2013 slutförde standardmodellen för partikelfysik. Vad Pekkanen och tusentals andra fysiker på CERN gör nu, är att utforska fenomen som faller bortom den nuvarande förståelsen av den subatomära världen.

Till exempel, bara 15 procent av massan av hela universum kan nu stå för normal synlig materia, resten är mörk materia som det finns väldigt lite kunskap om. Ett lika höljt mysterium är mörk energi som får universum att expandera och skjuter bort himmelska kroppar från varandra.

"Eftersom dessa och många andra obesvarade frågor fortfarande kvarstår, vi måste försöka ta till oss dem och förstå fenomen som inte har någon förklaring i nuvarande fysik, säger Pekkanen.

Ett sätt att göra detta, är att få protoner - kärnorna i väteatomer - att kollidera med oerhört höga hastigheter och energier, och studera vad som kommer ut av krascherna. Pekkanen och hans kollegor har fokuserat på partikelsprickar som kallas 'jets' som föds när protoner kolliderar. Dessa händelser kan innehålla svaga tecken på helt nya partiklar.

Obduktioner för miljontals partikelsprängningar

Studiet av jets på partikelnivå har blivit ett framväxande fält inom fysik, kallas av Pekkanen och hans kollegor vid CERN Compact Muon Solenoid (CMS) -experimentet som 'jetpartikologi'. De registrerar kollisionerna i CERN Large Hadron Collider och mäter deras efterspel. Praktiskt taget varje kollision ger strålar, eller utbrott av tiotals partiklar som består av kvarker och gluoner. Forskare räknar den totala energin i strålarna och mäter hur deras energi transporteras av olika typer av partiklar.

"Vi försöker få en så detaljerad förståelse som möjligt av jetplanen med miljontals sensorer i vår 20 meter långa, 15 tusen ton detektor. Ju mer exakt vi får med våra mätningar, ju lättare det blir att upptäcka nya partiklar, säger Pekkanen.

De tusentals signaler som några av de miljoner sensorerna plockar upp måste sorteras med komplexa algoritmer. Genom att återskapa händelserna med datorsimuleringar, sensorerna kan finjusteras.

Jets kunde, enligt Pekkanen, också vara nyckeln till att hitta nya massiva partiklar. Han har fokuserat på händelser där en kollision av partiklar producerar två strålar som brister i motsatta riktningar.

"Dessa händelser kan vara den punkt där en okänd partikel först föds och sedan omedelbart förfaller till andra partiklar. Vi analyserar miljarder av dessa kollisioner och ser om vi upptäcker några abnormiteter som kan vara ett tecken på revolutionerande ny partikel, "förklarar Pekkanen.

Studien använder den högsta energinivån som någonsin uppnåtts i Large Hadron Collider:13 teraelektronvolt. För en enda proton är det ganska mycket, ungefär den kinetiska energin hos en mygga som flyger. Räkna alla protonenergier tillsammans:tillräckligt för att flyga en jumbojet.

Experimenten kommer att fortsätta:I slutet av 2022, fysikerna räknar med att samla in upp till tio gånger mer data.

"Hittills har vi inte hittat nästa nya massiva partikel. Det betyder att det finns ett behov av att designa nästa generation av hadronkollidatorer och detektorer för att nå ännu högre energier-och förhoppningsvis efterlängtad ny fysik."