Wetenschappers van CERN hebben vandaag bekendgemaakt dat ze een nieuw deeltje hebben ontdekt dat heel goed het befaamde higgsdeeltje zou kunnen zijn.

Als deeltjesfysici Amerikaanse politici waren geweest, hadden ze vanochtend ongetwijfeld simpelweg ‘We got him!’ geroepen. In plaats daarvan hielden de sprekers die de nieuwste resultaten rond de zoektocht naar het higgsdeeltje presenteerden hun wereldwijde publiek behoorlijk lang in spanning. Maar na de nodige PowerPoint-sheets vol ingewikkelde grafieken werd het dan toch duidelijk: het higgsdeeltje is gevonden. Of, in elk geval: een nieuw deeltje dat heel goed het higgsdeeltje zou kunnen zijn.

Statistische oprisping

De presentatie werd gehouden op het Europese deeltjeslab CERN, het thuis van de Large Hadron Collider (LHC). In deze cirkelvormige deeltjesversneller botsen protonen met hoge snelheden op elkaar, daarbij in de gaten gehouden door onder meer de detectors ATLAS en CMS. Deze twee enorme experimenten hebben de afgelopen paar jaar tussen de enorme hoeveelheden data die de LHC produceert naar tekenen van het higgsdeeltje gezocht. Een zoektocht die werd gecompliceerd door het feit dat de massa van het higgsdeeltje onbekend is, en dat dus een flink bereik aan mogelijke massa’s moest worden bekeken.

Nu kwam het higgsdeeltje afgelopen december al in het nieuws toen ATLAS en CMS bekendmaakten tekenen ervan te hebben gezien bij een massa van ongeveer 125 gigaelektronvolt of GeV. (Een waterstofatoom weegt iets minder dan één GeV.) Toen was echter de kans dat het waargenomen ‘bobbeltje’ een statistische oprisping was in plaats van een echt deeltje nog te groot om van een ontdekking te mogen spreken. Wel sprak CERN de verwachting uit in 2012 uitsluitsel te kunnen geven, op basis van de data die de LHC dit jaar zou verzamelen. En de resultaten van de analyse van de eerste hap van die data werd vandaag gepresenteerd.

Magische term

Zowel de woordvoerder van de CMS-detector als die van ATLAS namen na de opening door CERN-directeur Rolf Heuer een flinke aanloop, maar beide sprekers wisten op een gegeven moment de zaal aan het applaudiseren te krijgen toen de magische term ‘5 sigma’ op het grote scherm verscheen. De reden: als je een zogenoemd ‘5-sigma-signaal’ hebt, is de kans kleiner dan een op een miljoen dat wat je ziet het gevolg is van toeval en mag je – binnen de deeltjesfysica – van een ontdekking spreken. (Uiteindelijk bleek CMS te blijven steken bij 4,9 sigma toen álle gehanteerde zoekmethodes bij elkaar werden genomen, en kwam ATLAS wel uit op een ronde 5,0 sigma.) Beide experimenten vonden bovendien een massa rond de 125 GeV. Het resultaat van december 2011 is dus bevestigd, en het higgsdeeltje gevonden.

Staande ovatie op CERN, aan het eind van de presentatie over de ontdekking van het higgsdeeltje.

Tenminste: daar lijkt het heel sterk op. Maar nu is het zaak om te onderzoeken of het gevonden deeltje ook echt het higgsdeeltje is. Zoals ATLAS-programmaleider Stan Bentvelsen het formuleerde toen KIJK hem vorig jaar interviewde: “We vinden geen deeltje waar opgeplakt staat ‘ik ben een Higgsdeeltje’. We vinden een piekje en we denken ‘dat zou het Higgs kunnen zijn’. Maar het kan ook nog een gek ander deeltje zijn. En dus zul je de eigenschappen van zo’n deeltje moeten nagaan.”

Tastbaar bewijs

En áls we inderdaad het higgsdeeltje hebben gevonden… Wat wil dat dan zeggen? Heel in het kort dat daarmee het laatste ontbrekende stukje is gevonden van de theorie die alle deeltjes en krachten in het heelal beschrijft, behalve de zwaartekracht: het zogenoemde standaardmodel. Deze theorie, in de loop van de twintigste eeuw ontwikkeld door een hele waslijst aan natuurkundigen, is op zich enorm succesvol gebleken – maar heeft als probleem dat hij deeltjes zonder massa oplevert. Om deeltjes wél een massa te kunnen laten hebben, werd in de jaren zestig door verschillende wetenschappers, waaronder de Schot Peter Higgs, het mechanisme bedacht dat nu bekend staat als het higgsmechanisme. Bij dit mechanisme hoort een veld, en dit zogenoemde higgsveld geeft deeltjes hun massa.

Maar als dat veld er inderdaad is, moet er ook een bijbehorend deeltje zijn, bedacht Higgs in 1964. En totdat dit deeltje – later het higgsdeeltje gedoopt – werd gevonden, bleef het higgsmechanisme weliswaar een mooie verklaring voor het feit dat deeltjes massa hebben, maar ook een theorie zonder tastbaar bewijs. Dat bewijs is er nu dus – áls het gevonden deeltje inderdaad het higgsdeeltje blijkt te zijn…

Bron en beeld: CERN