Dit wilde niemand missen. Uren van tevoren zitten de eerste wetenschappers al klaar in de zaal bij deeltjeslab CERN. En even voor twee uur is de zaal stampvol: er kan niemand meer bij. Buiten de deur is het dringen om toch nog een glimp op te vangen. Als ze van de bewaking aan de lampen hadden mogen hangen om iets te zien, dan hadden ze dat gedaan, zo twitterde iemand.
Reden voor alle opwinding was dat dinsdag hier, in deze zaal, de nieuwste resultaten getoond zouden worden van de zoektocht naar het befaamde Higgsdeeltje, de ‘heilige graal’ van de deeltjesfysica. In de aanloop naar deze dag gonsde het op internet van de geruchten over een mogelijke vondst van het deeltje. Voor diegenen die daar op hoopten, liep de middag uit op een teleurstelling: het deeltje is nog niet gevonden. Maar wat wél duidelijk werd: de ontknoping is dichterbij dan ooit.
Puzzelstukje
Onderzoekers van de Large Hadron Collider (LHC) – de immense deeltjesversneller bij het Zwitserse Genève – presenteerden data die de afgelopen twee jaar zijn verzameld. In de 27-kilometer lange ring worden protonen met extreem hoge snelheden op elkaar geklapt. De botsingen leiden tot talloze ketens van reacties, waar allerlei deeltjes worden gevormd. Met enorme detectoren zoeken de LHC-onderzoekers tussen de brokstukken naar sporen van nieuwe deeltjes, zoals Higgs.
Het Higgsdeeltje is de kers op de taart die het ‘standaardmodel voor elementaire deeltjes’ heet. Dit is vooralsnog de succesvolste natuurkundige theorie als het gaat om de beschrijving van alle deeltjes en krachten waaruit onze natuur bestaat. Er mist nog één puzzelstukje, namelijk hoe deeltjes aan hun massa komen. In de jaren zestig kwam een aantal natuurkundigen, waaronder de Schot Peter Higgs, met het idee van een veld dat andere deeltjes afremt, en ze daarmee ‘zwaarder’ maakt. Het veld zou worden veroorzaakt door een deeltje: het Higgsdeeltje. Het is het enige deeltje uit het standaardmodel dat nog nooit is waargenomen.
Massa uitsluiten
Probleem is dat het standaardmodel niet zegt hoeveel het deeltje zélf weegt. Wel denkt men te weten in welke deeltjes Higgs – als het tijdens botsingen in een deeltjesversneller ontstaat – kan vervallen. Men zoekt dus in de brei van reacties naar deeltjes die terug te voeren zijn naar Higgs. Bij een gebrek aan aanwijzingen kun je op den duur vrij zeker stellen dat je Higgs niet hebt gezien. Op die manier hebben verschillende deeltjesversnellers de laatste decennia een groot deel van de mogelijke massa’s voor Higgs uitgesloten.
In november meldden onderzoekers van twee detectoren van de LHC, ATLAS en CMS, dat Higgs alleen nog een massa kon hebben tussen 115 en 141 gigaelektronvolt (GeV). In deeltjesfysica wordt deze energiemaat gebruikt voor massa, een proton weegt iets minder dan één GeV. Het laatste nieuws, dat dus dinsdag bij CERN werd gepresenteerd, is dat dit bereik weer verder is ingeperkt. ATLAS beperkt de massa van Higgs tot iets tussen 115 en 131 GeV. CMS sluit alles boven 127 GeV uit. Het net rond het ‘God-deeltje’ begint zich dus nu echt te sluiten.
Aanwijzingen voor Higgs
Meer reden voor opwinding was dat ATLAS tevens een duidelijke aanwijzing had gevonden voor Higgs, rond 126 GeV. De onzekerheid van het signaal is alleen nog te groot om zeker te zijn van een ontdekking. CMS vond rond dezelfde plek ook een verhoogd aantal events, al was hun onzekerheid nog een stuk groter. Neemt niet weg dat het veel zegt dat de twee detectoren – die op verschillende plekken langs de ring staan opgesteld – op vrijwel dezelfde plek een aanwijzing vinden.
Een Higgsdeeltje van zo’n 125 GeV past goed in wat men zou verwachten op basis van het standaardmodel. Experimenten met W- en Z-bosonen en de manier waarop ze met elkaar reageren suggereren een Higgsdeeltje tussen de 115 en 130 GeV. Een dergelijke massa laat tevens de deur open voor supersymmetrie – de theorie dat van elk deeltje een anti-deeltje bestaat. Supersymmetrie kan het standaardmodel uitbreiden en antwoorden geven op vragen die het standaardmodel open laat. Een ‘zwaardere’ Higgs zou supersymmetrie in de weg kunnen staan.
Hoop op 2012
Maar wie herinnert zich nog het Higgs-nieuws van afgelopen zomer? In juli vonden ATLAS en CMS ook een opmerkelijk signaal wat op Higgs kon duiden. Later, na meer data geanalyseerd te hebben, zou dit signaal vervagen tot een toevalstreffer. De kans bestaat nog altijd dat dit opnieuw gebeurt als meer data verzameld wordt. Dit keer hebben de detectoren echter data van een aantal producten waarin het Higgs kan vervallen die het in juli niet had. Mocht Higgs bestaan, dan zal bij toevoeging van data dit keer wel degelijk een piek op de plek van zijn massa vormen, zo verwacht men.
Meer data is dus nodig. Tot nu toe hebben ATLAS en CMS de resultaten van 500 miljard protonbotsingen gemeten. Tegen het eind van 2012 zou vier keer zoveel data beschikbaar zijn. Dat zou voldoende zijn om uitsluitsel te geven over Higgs, zeggen ze bij CERN. Nog even geduld dus, we zijn er nu echt bijna: over een jaar weten we of Higgs bestaat, of niet. En kijken natuurkundigen wellicht terug naar dinsdag 13 december 2011 als de dag waar in de zaal van deeltjeslab CERN de eerste aanwijzingen voor één van de grootste ontdekkingen van de eeuw werden getoond.
Lees meer over de zoektocht naar Higgs op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/higgs/higgsdeeltje/index.atom?m=of", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}