CERN

In de gangen en op de social media gonsden de namen al langer rond en vandaag werd het officieel: François Englert en  Peter Higgs krijgen de Nobelprijs voor de Natuurkunde. In 1964 waren zij één van de eersten die het bestaan van de Higgs boson voorspelden, een missend stukje in de puzzel die natuurkunde heet.

Puzzelstukjes

Alles wat we zien is opgebouwd uit kleine bouwstenen, de zogenaamde elementaire deeltjes, en verschillende krachten die deeltjes elk op een andere manier beïnvloeden. Onderzoekers bundelden deze kennis in een theorie, genaamd het Standaardmodel. Met dit model konden onderzoekers alles in de wereld uitleggen, van de vorming van sterrenstelsels tot de wisselwerkingen in atomen. Totdat in de jaren zestig bleek dat een aantal van deze elementaire deeltjes een massa had, terwijl de theorie dat niet voorspelde. Het Standaardmodel leek nog niet compleet.

Higgs en Englert bedachten een theorie voor het missende puzzelstukje. Het universum zou gevuld zijn met een uniform krachtenveld. Alle deeltjes zouden door dit alom aanwezige krachtenveld bewegen. Sommige van de elementaire deeltjes, afhankelijk van hun eigenschappen, zouden extra massa krijgen dankzij het Higgs boson. Je kunt het zien als de avondvierdaagse. Stel, een vriend van je loopt mee met de avondvierdaagse. Je besluit de laatste dag langs de kant te gaan staan voor support. Als je daar aankomt, lijken meer mensen hetzelfde idee te hebben: het ziet zwart van de toeschouwers. De lange rij met toeschouwers stelt het constante Higgs veld voor. Je ziet de wandelaars gestaag voorbij komen, als een stroom elementaire deeltjes. Als je vriend langsloopt, ziet hij je in de massa staan en komt even een praatje maken. Het valt hem zwaar: het is nog een eindje en zijn laatste chocoladereep is al op. Maar jij zag dat al aankomen, dus je hebt er eentje extra meegenomen. Je geeft de reep aan je vriend. Hierbij veranderen alleen zijn eigenschappen, niet die van de andere wandelaars. In het Higgs scenario krijgen dus ook alleen bepaalde elementaire deeltjes massa.

Zoekt en gij zult vinden?

Eén van de missies van de Large Hadron Collider in Zwitserland was het zoeken naar het Higgs boson. Dit doen ze door het botsen van energierijke deeltjes. Hierbij ontstaan elke keer weer verschillende reactieproducten, afhankelijk van de energie van de botsende deeltjes en de hoek waaronder ze botsen. De kans dat de Higgs boson ontstaat bij de botsing, is heel klein. En zelfs als hij ontstaat, leeft hij maar heel kort: ongeveer een triljardste van een seconde. In die tijd heeft hij de detectoren niet bereikt, dus kunnen de wetenschappers hem ook niet direct waarnemen. De deeltjes waar hij na zijn korte levensperiode in uiteen valt, wel. Maar om de verwarring compleet te maken, kunnen die deeltjes via een andere reeks botsingen en splitsingen ontstaan. Vergelijk het met het wegennet: je kunt vanaf Groningen via Utrecht naar Amsterdam, maar ook via Maastricht. Het eindresultaat is hetzelfde: je bent in Amsterdam. Het is aan de onderzoekers om aan de hand van het resultaat de route te bepalen die nodig is.

Dit jaar maakten twee groepen wetenschappers bekend dat ze een deeltje gevonden dat veel op het Higgs boson lijkt. Het heeft veel van de eigenschappen die de wetenschapper Higgs in de jaren zestig voorspelde, maar nog niet alle eigenschappen zijn getest. Daar is tijd voor nodig. Het kan namelijk zijn dat het niet het Higgs boson is dat voorspeld werd door Englert en Higgs, maar een ander deeltje. Een ander missend puzzelstukje?