Het Higgsdeeltje wordt wel gezien als het laatste missende puzzelstukje van het zogenoemde Standaardmodel. Dit is de beste theorie die de natuurkunde momenteel heeft om de interactie tussen piepkleine deeltjes als elektronen en quarks te beschrijven. Het Higgsdeeltje is de oplossing van natuurkundigen voor het probleem hoe alle andere deeltjes aan hun massa komen. Maar vooralsnog moet het deeltje – waarvan het bestaan al in 1964 werd voorspeld – nog steeds experimenteel aangetoond worden.
Massa’s inperken
De plek waar dat moet gebeuren is waarschijnlijk de Large Hadron Collider (LHC) in Genève. Diens vijfentwintig jaar oude – en minder krachtige – Amerikaanse tegenhanger, de Tevatron-versneller van Fermilab in Chicago doet officieel nog mee in de race, maar zal later dit jaar sluiten.
Beide deeltjesversnellers laten protonen met bijna de lichtsnelheid op elkaar klappen. In de brokstukken van deze botsingen zoeken onderzoekers naar sporen van nieuwe deeltjes. De nieuwste resultaten van deze experimenten presenteerden onderzoekers van LHC en Tevatron deze week tijdens een conferentie in het Franse Grenoble, de zogeheten Europhysics Conference on High Energy Physics.
Het blijkt dat de zoektocht naar het Higgsdeeltje steeds gerichter wordt. De onderzoekers weten de mogelijke massa die het deeltje kan hebben meer en meer in te perken. Inmiddels denken ze met enige zekerheid te kunnen zeggen dat we voor het Higgsdeeltje niet meer hoeven te zoeken tussen 149 en 209 gigaelektronvolt (GeV), en ook niet tussen 295 en 450 GeV. Gigaelektronvolt is de eenheid waarin massa’s van kleine deeltjes wordt uitgedrukt. Ter vergelijking: een proton is ongeveer 1 GeV.
Intrigerend
Dat klinkt positief, nietwaar? Toch ging de meeste aandacht tijdens de conferentie uit naar iets anders. Onderzoekers van de ATLAS- en CMS-detectoren van de LHC-deeltjesversneller – de detectoren die speuren naar nieuwe deeltjes zoals het Higgsdeeltje – maakten melding van een opvallend signaal tussen 140 en 145 GeV. Dit zou kunnen wijzen op een nieuw deeltje. Was dit een glimp van Higgs? Het signaal ligt in ieder geval in het bereik waar je het Higgsdeeltje kunt verwachten. Onderzoekers van de Tevatron-versneller gooiden vervolgens extra olie op het vuur door te melden dat zij óók iets hadden gezien rond 140 GeV.
Maar wacht even met het uithangen van de vlag. Het is tenslotte niet de eerste keer dit jaar dat onderzoekers zeggen in hun deeltjesversneller iets te hebben gezien. In april lekte een memo van ATLAS-onderzoekers uit wat suggereerde dat het Higgsdeeltje was gezien in de LHC, maar dat bleek later niet te kloppen. Dat Tevatron en LHC nu beide melding maken van een signaal op ongeveer dezelfde plek is, in de woorden van Tevatron-onderzoeker Stefan Soldner-Rembold ‘intrigerend’, maar meer is het nog even niet. Daarvoor ligt de toevalsfactor van de metingen nog te hoog.
De magische 5-sigma
In deeltjesfysica is het ultieme streven naar 5-sigma, maar wat betekent dat nu eigenlijk? Vergelijk het met het opgooien van een munt. Normaal bepaalt toeval of je kop of munt krijgt. Dus als je tien keer gooit, verwacht je vijf keer kop. Zou je nu het muntje aan de ‘kop-kant’ verzwaren – bijvoorbeeld met een stukje plakband – dan is de toevalsfactor ineens een stuk kleiner; en dat is precies wat deeltjesfysici nastreven: een meting die niet door toeval wordt veroorzaakt. In het voorbeeld van een munt opgooien betekent 3-sigma dat je acht keer achtereenvolgens kop gooit. Lukt dat je twintig keer achter elkaar, dan spreekt men van 5-sigma.
Nog niet genoeg
Om in de deeltjesfysica van een ‘nieuwe ontdekking’ te spreken moet de kans één op een miljoen zijn dat het resultaat een statistisch toevalletje is. Men spreekt dan van een zogenoemd ‘5-sigma’ resultaat.
De data van het ATLAS-team halen vooralsnog ‘2.8 sigma’: een kans van ongeveer één op duizend dat het hier om een toevalstreffer gaat. Dat is al netjes, maar dus niet genoeg om officieel te kunnen juichen. De Tevatron haalt slechts de zekerheid van 1 sigma, dat is zelfs bij lange na nog niet genoeg.
Hoewel we dus nog even een slag om de arm moeten houden, denken onderzoekers dat het moment van de waarheid nadert voor het Higgsdeeltje. De komende maanden levert de LHC een grote hoeveelheid data waaruit duidelijk moet worden of het nu gevonden resultaat wijst op een nieuw deeltje of niet. Er breken spannende tijden aan in de natuurkunde. Binnen een jaar, of misschien wel een paar maanden, moet uitsluitsel gegeven kunnen worden over het bestaan van het ‘God-deeltje’, zo is de verwachting. Wie weet hebben natuurkundigen dit jaar wel een zeer Merry Christmas.
Lees meer over het Higgsdeeltje op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/higgsdeeltje/index.atom", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}