Je leest:

Huh, twéé Higgsdeeltjes?

Huh, twéé Higgsdeeltjes?

Auteur: | 21 december 2012

Heeft het Higgsdeeltje een gespleten persoonlijkheid? Dat is de vraag nu de laatste resultaten van de LHC-experimenten de indruk lijken te wekken dat er twéé Higgsdeeltjes zijn. Ook al is het waarschijnlijk een meetfout, het deeltje blijft de gemoederen bezig houden.

De ring van de 27-kilometer lange LHC-deeltjesversneller, waar naar het Higgsdeeltje wordt gespeurd.
CERN

En zo was er toch nog even een beetje opwinding aan het einde van een belangrijk jaar voor het Higgsdeeltje. 2012 gaat de boeken in als het jaar waarin deeltjeslab CERN de ontdekking van een deeltje presenteerde dat sterk leek op het langgezochte Higgsdeeltje. Helemaal zeker was nog niet of het om het Higgsdeeltje ging en zo ja, in hoeverre het dan overeenstemde met de voornaamste theorie erover, Standaardmodel van de deeltjesfysica . Sinds de ontdekking in juli zijn daarom de afgelopen maanden volop metingen uitgevoerd en geanalyseerd met de LHC-deeltjesversneller in de hoop de eigenschappen van dit ‘Higgsachtige’ deeltje boven tafel te krijgen.

Hoe zat het ook alweer met het Higgsdeeltje? Wat is het en waarom willen we dat vinden? Lees ons dossier over het deeltje en je bent in één keer helemaal bijgepraat.

Vervalkanalen

De onderzoekers kunnen het Higgsdeeltje alleen niet direct waarnemen. Eenmaal gevormd vervalt het ogenblikkelijk naar andere deeltjes. Met de enorme detectoren (ATLAS en CMS) speuren ze in de brokstukken van de botsingen tussen protonen naar deze vervalproducten.

Wat het lastig maakt is dat andere deeltjes vergelijkbare vervalreacties veroorzaken, dus de onderzoekers moeten uitpuzzelen bij welke reactie een Higgsdeeltje aan de basis stond en bij welke niet. Uit het Standaardmodel kun je voor een Higgsdeeltje met een bepaalde massa uitrekenen hoe vaak het in elk type vervalproduct zou moeten vervallen. Deze vervalkanalen, zoals de metingen naar deze vervalreacties worden genoemd, kunnen ons dus iets leren over de eigenschappen van het deeltje.

Een meting van CMS, mogelijk het verval van een Higgsdeeltje naar twee Z-bosonen. Eén vervalt naar een paar elektronen (groen) en de ander in een paar muonen (rood).
CMS

In november presenteerden de onderzoekers al eens nieuwe metingen. Dit leverde geen spektakel op: het deeltje leek alleen nog maar méér op het Higgsdeeltje zoals door het Standaardmodel voorspeld wordt. Goed nieuws in zekere zin, maar ook ‘saai’. Natuurkundigen hopen stiekem op een exotischer Higgsdeeltje, één die eventueel de deur kan openen naar nieuwe natuurkunde. Echter, van één vervalkanaal hielden de onderzoekers de metingen achterwege, die waarin het Higgsdeeltje vervalt naar twee fotonen (lichtdeeltjes). En juist dit was het kanaal wat in juli de meeste aandacht had getrokken, omdat deze reactie opvallend vaker optrad dan gedacht.

Twee piekjes

Inmiddels weten we waarom. In metingen van de ATLAS-detector hadden de onderzoekers iets bizars gevonden. In plaats van één piek ontstonden er twéé pieken in de data. De vervalreactie naar twee fotonen duidde op een andere massa van het Higgsdeeltje dan de reactie waarin het deeltje naar twee zogenoemde Z-bosonen vervalt. Bij de eerstgenoemde rolde er een massa van 126,6 GeV uit (een proton weegt ongeveer 1 GeV), bij de tweede een massa van 123,5 GeV. Nu is een verschil tussen vervalkanalen normaal, maar in dit geval zit er zo’n groot gat tussen dat hier iets aan de hand is. De onderzoekers zijn een maand bezig geweest een mogelijke fout op te sporen. Zonder succes, en dus presenteerden ze de data nu alsnog.

Data van de ATLAS-detector. De blauwe lijnen duiden op het verval naar twee Z-bosonen. De rode lijnen op het verval naar twee fotonen.
ATLAS

Een nieuwe versneller?

De LHC mag dan succesvol zijn in zijn zeer waarschijnlijk ontdekking van het Higgsdeeltje, maar om de complete eigenschappen van het nieuwe deeltje uit de doeken te doen schiet de versneller waarschijnlijk te kort. Dat komt door het gebruik van protonen bij de botsingen, die gunstig zijn voor het vínden van het deeltje, maar voor de specifieke eigenschappen teveel extra brokstukken oplevert. Er gaan daarom plannen op voor een nieuw te bouwen deeltjesversneller, de International Linear Collider, een 31-kilometer lange buis waar elektronen en positronen (anti-elektronen) op elkaar botsen. Met geschatte kosten tussen de 7 en 8 miljard is dat wel een dure grap. Volgens de laatste berichten lijkt Japan echter de meeste kans te maken dit prestigieuze project te gaan starten.

De eerste, en spannendste ingeving is natuurlijk: twéé Higgsdeeltjes? Dat lijkt echter zeer onwaarschijnlijk, al is het maar omdat er in de theorie vooralsnog geen plaats is voor zo’n duo. Ze zijn er wel hoor, theorieën over meerdere Higgsdeeltjes, maar in geen enkele liggen de massa’s zo dicht bij elkaar. Nee, het meest waarschijnlijk is een systematisch of statistisch foutje de oorzaak, luidt de consensus onder natuurkundigen. Ze geloven niet dat er twee Higgsdeeltjes bestaan die zo op elkaar lijken, waarbij de één de voorkeur heeft om in Z-bosonen te vervallen en de ander in fotonen.

Upgrade

Los van deze dubieuze ‘dubbelpiek’ is het interessant dat het verhoogde verval naar twee fotonen nog steeds overeind staat, iets waarvan men aanvankelijk dacht dat het met meer data wel zou verdwijnen. Dit zou eventueel kunnen wijzen op de aanwezigheid van andere, nieuwe deeltjes. Voorlopig is het nu eerst wachten wat het team van de ándere detector, CMS, voor data heeft over het verval naar twee fotonen. Zij hielden de resultaten nog even geheim, omdat ze naar eigen zeggen meer tijd nodig hadden om de analyse rond te krijgen.

En verder? Van de data die tot nu toe is verzameld in 2012 is nog slechts een fractie geanalyseerd, dus daar zijn de onderzoekers nog even zoet mee. Ergens in maart zullen de nieuwste resultaten daarvan gepresenteerd worden. Voor nieuwe experimenten is het voorlopig even geduld hebben. De LHC is inmiddels gesloten voor de winterstop en in het voorjaar zullen andere experimenten met botsingen tussen zware loodionen plaatsvinden. Dan gaat de deeltjesversneller dicht voor een upgrade, en zullen in 2015 pas weer Higgsmetingen gedaan worden. Maar dan wel met nóg hogere energieën dan tot nu toe, dus hopelijk krijgen we dan nieuwe antwoorden.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 december 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.