Eesti kõrgeimat teaduspreemiat, Teaduste Akadeemia jagatavat avastuspreemiat on viimase kolmekümne aasta jooksul välja antud seitse korda. Seekordne anti välja läbimurdelisel osakestefüüsika teemal – Martti Raidal, Mario Kadastik ja Kristjan Kannike said selle panuse eest Higgsi bosoni avastamisse ja selle omaduste mõõtmisse LHC CMS-nimelise eksperimendi juures Šveitsis maailma ühes suuremas teaduskeskuses CERNis.
Preemia statuut võtab hästi kokku selle mõtte: „Vastava teadusala paradigmat ja maailmapilti mõjutava või uut teadusvaldkonda rajava teadusliku avastuse või olulise sotsiaal-majandusliku mõjuga innovaatilise tooteni viinud teaduslikul avastusel põhineva leiutise või teadus- ja arendustöö eest.“ Füüsikutele ei pea seletama Higgsi bosoni nimelise osakese üliolulist rolli osakestefüüsikas. Ja selle osakese lugu väärib auväärset kohta nii maailma kui ka Eesti teadusloos.
Alustuseks hüppame ajas 62 aastat tagasi aastasse 1964. Tolle kümnendi alguses olid osakestefüüsikud näiliselt lootusetult hädas ühe suure matemaatilise probleemiga. Lisaks looduses eksisteerivale gravitatsioonilisele, elektromagnetilisele ja tugevale vastasmõjule oli avastatud nõrk vastasmõju. Nagu ka nimetus ütleb, oli see vastasmõju nõrk, väikese mõjuraadiusega võrreldes teiste vastasmõjudega. Seda „nõrkust“ sai väga loomulikult seletada, kui vastasmõju kandvad osakesed ehk vahebosonid oleksid olnud massiivsed. Aga oh häda, tollal juba hästi tuntud vastasmõjusid kirjeldav kalibratsiooniteooria ei lubanud massiivseid vahebosoneid! Iga füüsikujüts teab, et elektromagnetilist jõudu kannab täiesti massitu footon ja tugevat jõudu massitud gluuonid. Füüsikutele näis, et sellesse teooriasse pole kuidagi võimalik sisse panna massiga vahebosoneid.
Tänu läbimurretele hoopis maisemas füüsikavaldkonnas – ülijuhtivate materjalide mudelteoorias – said nupukamad füüsikud siiski aru, et ka ülijuhtivas materjalis käituvad jõudu kandvad nn kvaasiosakesed nii, nagu oleks neil mass. Et neil oleks mass, peavad seal eksisteerima erilised uued osakesed, Goldstone’i bosonid. Nii avaldaski noor Briti füüsik Peter Higgs 1964. aastal järjest mitu teadusartiklit, kus ta näitas, et sedasama ideestikku saab kasutada ka nõrga vastasmõju kirjeldamisel.
Nagu teaduses tihti juhtub, avaldas samal aastal üsna sarnase idee veel viis teadlast. Siiski, Higgs oli see, kes esimesena ütles konkreetselt, et selline teooria ennustab ka üht uut osakest, Higgsi bosonit. Seda hakati hiljem nimetama elektronõrga vastasmõju teooriaks ja sisaldas nn Higgsi mehhanismi.
Kulus veel kümnend, kuni teooria pandi kokku ühe teise matemaatilis-füüsikalise läbimurdega, üldistatud renormaliseerimisteooriaga ja selgemaks said ka tugeva vastasmõju omadused. 1970–1980. aastate kiirendieksperimentide juures Genfis CERNis ja Hamburgis DESYs avastati vahebosonid ja mõõdeti nende füüsikalised parameetrid. Kõik klappis Higgsi pakutud mehhanismiga. Seda teooriat, mis sisaldas tugevat ja elektronõrka vastasmõju ning Higgsi mehhanismi hakati kutsuma proosalise nimetusega osakestefüüsika standardmudeliks.
Aastatel 1980–1990 said riburada pidi paljud standardmudeli loojad kätte oma Nobeli auhinna. Higgs aga veel mitte, veel ei oldud tema ennustatud bosonit ju avastatud! Et tegemist oli viimase puuduva pusletükiga, mida osakestefüüsika standardmudel ennustas, siis keskendus aastatel 1990–2010 suur osa eksperimentaalsest osakestefüüsikast just sellele. Ja seda rahvast oli ikka õige palju! Ainuüksi maailma suurimas osakestefüüsika keskuses CERNis töötas tollal ligi 5000 teadlast ja inseneri. Peale nende sumises ümber CERNi veel sama palju kaastöölisi, kes tegid koostööd oma ülikoolist või teadusasutusest.
Tõesti, Higgsi bosoni avastamine nõudis tõelist herakleslikku pingutust. 1990. aastate alguses korraldati selleks tollal maailma kalleim teaduseksperiment nimetusega suur hadronite põrguti (Large Hadron Collider, LHC) ja selle juures olevad suured detektorid (CMS, ATLAS, LHCb ja ALICE), mille otsene eelarve oli viis miljardit eurot, aga kaudne eelarve kordades suurem. See oli tolle aja kohta harjumatult pikalt planeeritud eksperiment. Kui esimesed lepingud allkirjastati 1993. aastal, siis teati ette, et kõiki seadmete ehitamiseks vajalikke tehnoloogiaidki ei ole veel loodud. Need usuti loodavat siis, kui jõutakse lähemale ehituse lõppfaasile pärast 2005. aastat. Näiteks ei olnud tollased arvutid võimelised ennustatavaid andmemahte läbi analüüsima. Toetudes aga Moore’i seadusele, mis ennustab kiipide jõudlust, saadi aru, et aastal 2005. aastal saadakse sellega hakkama.
1990. aastatel hakkasid ka Eesti füüsikud selle teema vastu huvi tundma. Arvestades riigi majanduslikku olukorda näis nii kalli eksperimentaalteadusega tegelemine lootusetu ettevõtmine. Aga akadeemik Endel Lippmaa eestvedamisel allkirjastati esimene koostööleping Eesti ja CERNi vahel ja Eesti hakkas tasapisi osalema eksperimendis CMS. Oluline oli välismaine, eriti Soome, toetus. Noored füüsikud, ka Martti Raidal, üks preemia laureaatidest, said õppida osakestefüüsikat Soomes ja kaugemal.
Uue aastatuhande alguses juhtus aga Eestis midagi ootamatut, meie teadus hakkas väga jõudsalt jalgu alla saama. See on põnev fenomen, millele lõplikku seletust on raske leida. Kindlasti on selle taga juba sügaval Nõukogude ajal lääne poole vaadanud Eesti teadlased, head sidemed Põhjamaadega, haridusmeelne rahvas ja poliitikud ning ka tollaste valitsuste targad otsused investeerida märkimisväärne osa ELi abirahast just teadusse ja ülikoolidesse.
Paljud noored teadlased tulid tagasi Eestisse, et oma teadmisi kohapeal rakendada. Nii ka Martti Raidal – kes oli läbi käinud Soome doktorantuurist ning Ameerika Ühendriikide, CERNi ja Hispaania järeldoktorantuurist, et üles ehitada osakestefüüsika labor Tallinnas Keemiliste ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) juures. Temaga ühinesid pea kohe Mario Kadastik, Kristjan Kannike, Mait Müntel (praegu iduettevõtte Lingvist juht), Liis Rebane (praegu tegeleb Swedbankis küberturbe riskikontrolliga) ja käesoleva loo autor (praegu iduettevõtte mu-ray.tech juht), et Eestis üles ehitada täiesti uus teadusvaldkond.
Need olid põnevad ajad! Seda Higgsi bosoni avastuse eelset perioodi 2002–2012 võib nimetada Eesti eksperimentaalse osakestefüüsika romantismiperioodiks. Peaaegu tühjade kätega alustada nii kalli valdkonnaga tegelemist – kindlasti oli see julgustükk, mille peale välismaa kaastöölised vaid pead vangutasid. Aga eesmärk oli ju ülipõnev – avastada viimane puuduv tükike standardmudeli keerulisest puslest, Higgsi boson! Eks loomine, avastused ja läbimurded vajavadki killukest naivismi ja uljust. Ehk pole ka see juhus, et algsest seltskonnast on kaks füüsikut nüüd hoopis tegevad riske täis iduettevõtlusmaailmas?
Kiiresti tuli õppida seda, kuidas saada hakkama CMSi-nimelise eksperimendi juures CERNis ja laveerida seal töötavate tuhandete teadlaste ja inseneride seltskonnas. Alguses oli kõhe, sest paljude nende inimeste nime taga olid kirjas ülikoolid nagu Cambridge, Oxford, MIT, Stanford, Harvard …
Tänu Martti Raidali teadmistele oskas meie labori töörühm keskenduda CMSi andmetest nn nelja müüoni signaali otsimisele. Selle kombineerimisel teiste lagunemiskanalite analüüsidega jõuti ühiselt koos teise CERNi eksperimendiga ATLAS Higgsi bosoni avastamiseni.
Higgsi bosoni avastus kuulutati välja 4. juulil 2012 kell 10 Eesti aja järgi ja seda otseülekandes CERNi pressikonverentsilt. Loomulikult kogunesime laboriga seda ühiselt jälgima. Aga võta näpust, kellelgi ei olnud meelde tulnud õhtul vahuveini osta, ja teadagi, hommikul algas alkoholimüük kell 10. Olen siiani tänulik füüsikafännist alkoholimüüjale, kelle kell oli kolm minutit ette käinud ja kes meie peo päästis.
Liigutav oli sel üritusel vaadata Peter Higgsi jt idee taga olnud füüsikuid. Nad olid seda uudist oodanud ja lootnud 48 pikka aastat! Juba järgmisel aastal pärjati Belgia füüsikateoreetik François Englert ja Peter Higgs Nobeli auhinnaga. CMSi ja ATLASe eksperimendid aga pälvisid 2025. aastal maineka Breakthrough Prize’i. Väike tükk sellest kuulub ka Eesti teadlastele!
Martti Raidal, Marek Strandberg, Ta paisub siiski, ja kiirenevalt. – Sirp 13. X 2011.
Marek Strandberg, Martti Raidal, Tippteaduse heaks tuleb geniaalsust ja töötahet toetada õigel ajal. – Sirp 12. XII 2013.
Margus Maidla, Martti Raidal, Tume universum ehk Kuidas tekkisid mustad augud. – Sirp 10. XI 2017.
Kristjan Kannike, Martti Raidal, W-bosoni massi kaudu kvantmaailma uutest tulemustest. – Sirp 4. XI 2022.
