Luid applaus, een geëmotioneerde Peter Higgs en rijkelijk vloeiende champagne: vandaag is een historische dag in de natuurkunde. Het kan bijna niet anders of CERN heeft het Higgsdeeltje te pakken. Officieel hebben ze ‘een nieuw deeltje’ gevonden. Maar wel één die zeer sterk overeenkomt met hoe natuurkundigen een Higgsdeeltje voor zich zien. CERN-directeur Rolf Heuer vatte het tijdens de persconferentie samen als: “Ik denk dat we hem hebben.”
Opwinding vooraf
De resultaten werden door de onderzoekers van de naar Higgs zoekende detectoren – ATLAS en CMS – bekend gemaakt tijdens een vooraf enorm gehypte bijeenkomst. Maar wat wil je: de vorige keer, in december, werd bij een vergelijkbare bijeenkomst een zeer duidelijke aanwijzing voor Higgs gepresenteerd. Nu was zelfs Peter Higgs uitgenodigd en vooraf gonsde het op internet van de geruchten over een vermeend nieuw deeltje.
Aan die verwachtingen werd dus voldaan. In december vond men een signaal bij 125 GeV (gigaelektronvolt: de eenheid voor massa in deeltjesfysica; een proton weegt iets minder dan één GeV). De nieuwe metingen van 2012 – waarbij de LHC met een veel grotere energie protonen laat botsen en dus meerdere Higgsdeeltjes kan meten – bleken nu die aanwijzing te versterken. Beide detectoren vonden een duidelijke piek in de data rond 125-126 GeV. De onzekerheid van de piek was nu wél klein genoeg om te spreken van een ontdekking. In vaktermen ‘5-sigma’ genoemd, ofwel een kans van 1 op 3,5 miljoen dat het toeval was.
Grote strooppot
Een juichstemming dus onder natuurkundigen. Nobelprijswinaar David Gross: “Ik kan niet stoppen met glimlachen. Het is een triomf voor de theorie, na een zoektocht van ruim dertig jaar.” “Hier hebben we dertig jaar op gewacht”, was de reactie van Martinus Veltman, winnaar van de Nobelprijs in 1999. Peter Higgs, zichtbaar geroerd, verklaarde voor de volle zaal in CERN dat het de mooiste gebeurtenis uit zijn leven was. Hij was één van de mensen die in de jaren zestig de theorie bedacht dat er zoiets als een Higgsdeeltje moet bestaan.
Dat was een antwoord op de vraag hoe deeltjes aan hun massa komen, iets wat ontbrak in het Standaardmodel, de theorie van alle elementaire deeltjes, zoals quarks, elektronen en neutrino’s, en hun onderling werkende krachten. De natuurkundigen kwamen met een veld dat het hele universum vult en werkt als een soort grote strooppot. Deeltjes worden hierin afgeremd, en worden zo zwaarder. Hoe meer een deeltje wordt afgeremd, hoe zwaarder het is.
Het effect van een veld – in dit geval een deeltje massa geven – wordt altijd overgedragen door een deeltje. Zo brengt een foton bijvoorbeeld de elektromagnetische kracht over. In het geval van een Higgsveld moest er dus een Higgsdeeltje zijn. Met andere woorden: als men het Higgsdeeltje weet te vinden, toont dat het bestaan aan van een Higgsveld – en daar is het de natuurkundigen uiteindelijk om te doen.
Wat voor Higgs?
De grote vraag is nu: hebben ze het Higgsdeeltje nu gevonden? De CERN-onderzoekers durfden zelf nog niet van een Higgsdeeltje te spreken, alleen van ‘een niet eerder gezien soort deeltje’. Dat is omdat ze nog niet alle eigenschappen hebben gemeten die moeten bevestigen of het een Higgsdeeltje is. Zo moet bijvoorbeeld nog duidelijk worden of de spin van het deeltje nul is, zoals het Standaardmodel voorspelt.
Volgens Carlo Rubbia, Nobelprijswinnaar en oud-directeur van CERN, is de volgende belangrijke stap nu om te controleren of de interactie van dit Higgs-achtige deeltje met andere deeltjes overeen komt met de theorie. Hij wijst ook op het opmerkelijke resultaat dat een bepaald verval van het deeltje twee keer zo hoog was als voorspeld. “Met meer data zal blijken of dat zo blijft.”
Het nader bestuderen van de eigenschappen van dit Higgs-achtige deeltje moet duidelijk maken met wat voor type Higgsdeeltje ze te maken hebben. Het type? Ja, er bestaan meerdere scenario’s voor het Higgsveld, en dus voor het deeltje. Wie weet zijn er wel meerdere Higgsvelden – ieder met een eigen Higgsdeeltje. En de theorie van supersymmetrie schrijft ook meerdere Higgsdeeltjes voor.
Het simpelste scenario is één veld met één deeltje, waarbij het deeltje door het Standaardmodel beschreven kan worden, de zogenaamde ‘Standaardmodel-Higgs’. Berekeningen hiervoor komen op 127 GeV, dus dat komt goed overeen met het gevonden deeltje. Veltman: “Dit is de Standaardmodel-Higgs.” Maar anderen hopen op meer. Gross: “Ik denk dat een Higgsdeeltje gevonden is, niet het Higgsdeeltje. En ik hoop dat het niet de meest simpele vorm heeft.” Kortom, de jacht op Higgs is nu echt begonnen.