Tien jaar Higgsdeeltje: wat blijft er over voor deeltjesfysica | Wetenschappen

GENVE – In Genève wachten natuurkundigen reikhalzend uit tot de deeltjesversneller (LHC) na drie jaar goed onderhoud weer operationeel is. Wanneer rond 5 juli de benodigde botsingsenergie is bereikt, zullen protonen in tegengestelde richtingen terug in de onderaardse reuzenring worden geïnjecteerd en met bijna de lichtsnelheid op elkaar botsen.

Tijdens botsingen zijn zeldzame productie- en vervalprocessen te zien, die precies tien jaar geleden voor een sensatie in de wereld zorgden: de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) maakte op 4 juli 2012 in Genève bekend dat het Higgs-deeltje was gevonden. Het deeltje bevestigt het bestaan ​​van het zogenaamde Higgs-veld, dat elementaire deeltjes hun massa geeft.

Terwijl experts in Genève hopen veel nieuwe deeltjesfysica-resultaten te krijgen van de nieuwe Test Track III, komen collega’s uit de Verenigde Staten een koude douche nemen: uit een “nachtmerrie om niet meer te vinden”, schrijft het vakblad Science. De ontdekking van het Higgs-deeltje was een van de belangrijkste redenen voor de bouw van de deeltjesversneller in Genève. Heb je zijn missie volbracht? Wat als er niets meer te ontdekken valt?

Bekijk twee deeltjes tegelijk

Is er jaloezie aan de andere kant van de Atlantische Oceaan, waar ook een deeltjesversneller is maar het Higgs-deeltje nog moet worden gedetecteerd? “Je staat voor een woestijn (bij CERN) en je weet niet hoe groot het is”, citeerde het tijdschrift de natuurkundige Marvin Marshak van de Universiteit van Minnesota.

Michael Dorsen-Diebling, een deeltjesfysicus bij de European Organization for Nuclear Research, ziet het anders. “Het Higgs-deeltje past goed in de theorie, maar omdat het zo anders is dan al het andere dat we kennen, is er nog steeds geen fundamenteel begrip van waarom het is wat het is”, zegt de inwoner van Darmstadt van het Duitse persbureau. Het zal interessant zijn om te zien hoe sterk de koppeling van bekende materiedeeltjes is, of welke interactie het Higgs-deeltje met elkaar kan hebben. Aangezien het gelijktijdig observeren van het Higgs-deeltje uiterst zeldzaam is, moeten er meer protonbotsingen worden gecreëerd.

Dührssen-Debling was ongeveer tien jaar geleden toen de data-experts bijna 50 jaar hadden gewacht bij Cern. Natuurkundigen, waaronder Peter Higgs, voorspelden theoretisch het Higgs-deeltje in de jaren zestig (hiervoor werd de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2013 toegekend), maar bewijs ontbreekt al heel lang. Dus hoe opwindend was deze ontdekking destijds bij CERN?

Ontdekking in de badkamer

“Er was toen geen enkel Eureka-moment”, zegt Dührssen-Debling van dpa. Eureka, een oud Grieks woord dat ‘ik vond het’ betekent, zou meer dan 2000 jaar geleden door Archimedes zijn genoemd toen hij plotseling een baanbrekende ontdekking deed in een badkuip. Deeltjesfysici in Genève vermoedden al maanden dat ze onder invloed waren van sensatie. Miljarden protonbotsingen per seconde genereren echter enorme hoeveelheden gegevens die eerst op een computer moeten worden geëvalueerd.

“Ik zag aanvankelijk enkele veelbelovende signalen in de gegevens, en sommige bleken statistische fluctuaties te zijn”, zegt Dorsen-Dibling over de opwindende maanden voorafgaand aan juli 2012. Dibling maakte een grote buiging met zijn hand – “Natuurlijk was er veel opwinding.” Maar natuurkundigen zouden beter moeten weten. De kans dat het om een ​​verkeerde interpretatie gaat, is kleiner dan 1 op 3,5 miljoen. Toen ze dicht bij dat aantal kwamen, plaatsten ze op 4 juli 2012 een sensatie in de wereld.

Deeltjesfysici halen misschien hun neus op, maar buiten de wetenschappelijke gemeenschap wordt het Higgs-deeltje vaak het ‘God-deeltje’ genoemd. De naam komt van het feit dat zonder het Higgs-veld veel deeltjes geen fundamentele massa zouden hebben, dus basiseigenschappen zouden missen en niets in het universum hetzelfde zou zijn. Natuurkundige David Miller vond dit een levendig beeld: er zijn veel mensen op een feest, wat het Higgs-veld symboliseert. Wanneer een beroemdheid een bar binnenloopt, zetten ze gemakkelijk de eerste paar stappen, maar dan verzamelen zich meer mensen om hen heen en hun voortgang vertraagt ​​- zoals elementaire deeltjes aan massa winnen in het Higgs-veld.

Tot op de bodem komen is de moeite waard

Waarom moeten deeltjesfysici de dingen nog beter weten? “Basisonderzoek”, zegt Dührssen-Debling. Het is altijd de moeite waard, ook al is het in het begin vaak moeilijk te voorspellen wat er uit kan ontstaan. Cern verwijst naar de apparaten en procedures die daar werden ontwikkeld en tegenwoordig worden gebruikt in de geneeskunde, vooral bij de behandeling van kanker en de bestrijding van tumoren. Of het World Wide Web, het startpunt voor de digitale revolutie, gecreëerd door Cern-computerspecialist Tim Berners-Lee in 1990.

Naast verder onderzoek naar het Higgs-deeltje lopen er bij CERN nog andere experimenten. De ontdekking van nieuwe deeltjes is niet uitgesloten. “Er zijn theorieën die nieuwe moleculen voorspellen als een dubbeltje”, zegt Dührssen-Debling. Alleen experimenten kunnen deze theorieën ondersteunen of weerleggen. Volgens hem wordt het ook interessant om in bekende deeltjes eigenschappen te vinden die tegen de voorspelling ingaan. Er waren al vroege aanwijzingen voor zogenaamde beauty-quarks. Indien bevestigd, zou het verwijzen naar een onbekende natuurkracht en zou het een nieuwe sensatie zijn.