'Goddelijk deeltje is gevonden'

[Barst]

'Goddelijk deeltje is gevonden'


Naar alle waarschijnlijkheid zal woensdag het bestaan van het beruchte Higgs-boson worden bekendgemaakt. Dan vindt een wetenschappelijk seminarie van het Europees Centrum voor Deeltjesfysica (CERN) plaats. Vijf vooraanstaande fysici werden uitgenodigd om het event bij te wonen in Zwitserland, onder wie Peter Higgs naar wie het deeltje vernoemd werd.


De Belgische natuurkundige François Englert wacht met "een zeker ongeduld" af. De ULB-professor poneerde een halve eeuw geleden al het bestaan van het laatste deeltje van de materie dat echter nog nooit werd waargenomen.


Bom

Bevestiging van dat bestaan zou een wetenschappelijke bom zijn, want de vraag naar het bestaan ervan is het grootste vraagstuk van de fysica sinds het begin van de twintigste eeuw. Indien er bevestiging komt, komt de professor in aanmerking voor de Nobelprijs voor Fysica.

Het Higgs boson wordt beschouwd als de sleutel tot het begrijpen van het universum. Het geeft atoomdeeltjes hun massa. Zonder deze massa, zouden deeltjes aan de snelheid van het licht door de kosmos scheuren en niet in staat zijn om zich te binden om atomen te vormen waaruit alles in het universum bestaat, van planeten tot mensen.

Die confirmatie zou er moeten komen dankzij het onderzoek in de gigantische LHC-deeltjesversneller van het CERN in Genève.


Ook Amerikaanse wetenschappers hebben aanwijzingen

Wetenschappers van het Amerikaanse Fermilab hebben op hun beurt gezegd dat zij de sterkste aanwijzingen hebben gezien van het bestaan van het Higgs-bosondeeltje. Dat bericht de BBC.

De aanwijzingen kwamen er in het puin van miljarden botsingen in de eind vorig jaar gesloten deeltjesversneller Tevatron in de staat Illinois.

Echt bewijs is er evenwel nog niet, want het puin kan ook van andere subatomaire deeltjes komen. Toch menen de wetenschappers dat er minder dan 0,2 procent kans is dat het niet om het zo ferm gezochte deeltje gaat. De kans moet volgens een internationale conventie echter eerder bij 0,14 procent aanleunen.

De Amerikaanse wetenschappers zien de massa van het deeltje ruwweg in hetzelfde zoekgebied als de collega's in Genève: tussen 115 en 135 Gigaelectronvolt (GeV).


Knack.be, 02-07-2012 (Belga/TE/SD)

[Barst]

Het Higgs-deeltje is er. Vier vragen over deze historische vondst


Wat is toch dat Higgs-deeltje dat ze met de deeltjesversneller bij CERN in Genève hoogstwaarschijnlijk hebben gevonden? En waarom was het zo moeilijk om het bestaan ervan te bewijzen?


Journalist Herbert Blankenstijn verwees eerder in NRC Handelsblad naar de glasheldere uitleg van Daniel Whiteson, naar eigen zeggen experimenteel natuurkundige. Hij legt vanuit de kantine van CERN uit waar alle ophef rond het Higgs-boson vandaan komt, wat het is en waarom het zo moeilijk te bewijzen is.


Wat is het Higgs-deeltje?

Om dat te begrijpen vertelt hij eerst waarom natuurkundigen elementaire deeltjes – de bouwsteentjes van atoomkernen en atomen, en dus van sterren, planeten en de aarde met mensen, bomen en magnetrons – met een zo hoog mogelijke energie willen laten botsen met behulp van de inmiddels beroemde deeltjesversneller. Dit doet hij met behulp van een handige metafoor.

Die energie is het ‘budget’ dat bepaalt wat je kunt bestellen van het menu dat de natuur aanbiedt. Hoe harder de botsing, hoe meer energie er wordt omgezet in nieuwe deeltjes. Hoe meer energie er is, hoe meer we te weten kunnen komen over de specifieke eigenschappen van (misschien nog onontdekte) elementaire deeltjes (quarks).

En daar komt de beroemde naam om de hoek kijken: een van deze ‘nog onontdekte’ is (nee, was) het Higgs-boson. Dit deeltje is er verantwoordelijk voor dat de andere quarks massa krijgen.

Volgens de theorie van de Britse natuurkundige Peter Higgs bestaat er een ‘veld’ dat hele universum doordringt. Alle bestaande quarks staan onder invloed van dit Higgsveld, sommigen heel sterk, anderen nauwelijks. In andere woorden: door dit veld hebben deeltjes veel of weinig massa. Wetenschapsredacteur Margriet van der Heijden vergelijkt het met waden door stroop: het ene deeltje ondervindt meer weerstand (en krijgt meer massa) dan het andere.


Waarom duurt het zo lang om het te bewijzen?

Wetenschappers van CERN zijn jaren bezig geweest met het aantonen van het bestaan van het Higgs-deeltje dat actief is in het Higgs-veld. Waarom is dit zo moeilijk?

Zo alomtegenwoordig als het uitgesmeerde Higgs is, zo ongrijpbaar is het als deeltje, legt wetenschapsredacteur Bruno van Wayenburg vandaag uit in NRC Handelsblad:

“Zo gauw het ontstaat uit de enorme energie die vrijkomt bij een botsing, zo snel valt het ook weer uit elkaar in verschillende elementaire deeltjes. Alleen die brokstukken zijn, meteen na een botsing, goed te zien in de detectoren. Maar veel vaker ontstaat er bij een botsing geen Higgs, maar een mix van al bekende deeltjes. Onderscheid maken tussen ‘Higgs- en niet-Higgs-botsingen’ is een kwestie van netjes meten en turven en zware statistiek.”

Om deze reden moeten er astronomisch veel deeltjesbotsingen worden geanalyseerd voordat de data het deeltje ondubbelzinnig laten zien, of niet. Net als bij een foto die een extreem lange belichtingstijd nodig heeft.


Wat levert de ontdekking op?

Van der Heijden legt uit dat het deeltje dat vandaag nagenoeg is aangetoond moet verklaren waarom de elementaire deeltjes massa hebben. Niet alle deeltjes hebben dat. De elektromagnetische kracht die elektronen om atoomkernen laat cirkelen, werkt via fotonen – en die zijn massaloos. Net zoals de gluonen die quarks aan elkaar lijmen tot kerndeeltjes.

Neutrino’s hebben wel een – piepklein beetje – massa. Elektronen en quarks ook. Net als de W- en Z-deeltjes, die de zwakke kernkracht dragen die atoomkernen uit elkaar laat vallen tijdens radioactief verval. Het Standaard Model dat al die bouwsteentjes en hun interacties beschrijft, staat in beginsel geen massa toe. Alle deeltjes zouden massaloos moeten zijn – volgens een mooie symmetrie. En dat zijn ze duidelijk niet, en dat wordt dus veroorzaakt door het Higgsveld. Daarom vormt het deeltje de kroon op het Standaard Model.

Met het bewijs kunnen veel belangrijke andere vraagstukken van de natuurkunde worden verklaard. Die kunnen volgens Van der Heijden een bijdrage leveren aan het huishoudboekje waarin kosmologen de balans van de energie en de materie in de kosmos opmaken. Die nauwkeurig afgestelde balans geeft het uitdijende heelal vorm. En een van de getallen erop is de kosmologische constante, maat voor de energie die in het vacuüm in de kosmos besloten ligt.


En wat vindt meneer Higgs zelf van deze vondst?

Een geëmotioneerde Higgs reageerde vandaag verheugd dat hij het bewijs van zijn theorie nog mag meemaken:

“Het leek in het begin, veertig jaar geleden, nog praktisch onmogelijk om het deeltje te vinden, omdat men nauwelijks wist waar ze moesten beginnen met zoeken.”


Blog NRC, 04-07-2012 (Annemarie Coevert)

[Barst]

Wat is het Higgs? – het wat langere antwoord


BRUSSEL - Wat is een elementair deeltje? Bij traditionele deeltjes als elektronen en quarks is het gemakkelijk: dat zijn bouwstenen van de materie. Met 54 quarks en tien elektronen kun je een molecule water bouwen.


Behalve die materiedeeltjes zijn er ook deeltjes die natuurkrachten overbrengen. Het bekendste is het foton, het lichtdeeltje. Dat vormt niet alleen licht (terwijl u dit leest, komen er miljarden fotonen uw ogen binnen), het is ook verantwoordelijk voor alle elektrische en magnetische krachten. Andere krachtoverbrengende deeltjes zijn de W- en de Z-deeltjes en de gluonen, die verantwoordelijk zijn voor nucleaire krachten.


Met verenigde krachten

Om te begrijpen waar het Higgs in het plaatje past, moeten we even terug naar de jaren zestig.

Op dat moment was het standaardmodel, de succesvolle moderne theorie van deeltjes en natuurkrachten, nog volop in aanbouw. Fysici waren op het spoor van een veelbelovende manier om twee natuurkrachten, de elektromagnetische kracht en de ‘zwakke kernkracht' te ‘verenigen' of onder één wiskundig dak te herbergen. De twee krachten of interacties zouden slechts de twee kanten van eenzelfde medaille zijn, de ‘elektrozwakke' interactie. Maar de onderzoekers stootten daarbij op een ernstig probleem: de deeltjes die bij het elektromagnetisme hoorden, de fotonen, hadden geen massa; de deeltjes van de zwakke interactie (die nu bekendstaan als W en Z) leken weliswaar op fotonen, maar ze hadden wél massa. Deeltjes mét en zonder massa in één theorie vangen, de juiste manier om dat te doen ontglipte de onderzoekers telkens weer.


Twee Belgen

Tot twee Belgische fysici, Robert Brout en François Englert van de ULB, in 1964 een wiskundige techniek uitprobeerden die ‘spontane symmetriebreking' heet. Daarmee lukte het wél. Ineens klopten de formules wél, en rolden er netjes deeltjes mét en zonder massa uit.

In één klap kon de theorie ook verklaren waar de massa van de al lang bekende materiedeeltjes vandaan kwam. De theorie bracht namelijk mee dat heel de ruimte, ook perfect lege ruimte of vacuüm, doortrokken moest zijn van een speciaal soort ‘veld', dat nu bekendstaat als het Higgs-veld. Dat alomtegenwoordige veld hindert de meeste deeltjes in hun bewegingen, en daarom bewegen die niet met de lichtsnelheid en hebben ze massa.


Politieke receptie

Er bestaat een interessante analogie om te verklaren hoe dat hinderen in zijn werk gaat, en om uit te leggen wat het Higgs-deeltje is (ten langen leste komen we ertoe). In 1993 kregen Britse fysici de uitdaging om een uitleg van het Higgs-deeltje te geven die politici zouden kunnen begrijpen – het waren tenslotte de politici die het budget voor de LHC moesten goedkeuren.

David Miller van University College Londen kwam met de volgende analogie. Stel je een politieke receptie voor, een zaaltje vol met partijleden, kabinetsmedewerkers en dergelijke. Plots komt Margaret Thatcher de zaal binnen (in een actuele en vervlaamste versie zou het een BV kunnen zijn). Onmiddellijk troept het volk bijeen rond Thatcher. Die samentroeping hindert Thatcher in haar bewegingen. Thatcher is een materiedeeltje, dat massa verkrijgt door het gedrag van de receptiegangers (het Higgs-veld).

Maar als dat Higgs-veld echt bestaat, dan moet er nog een ander fenomeen optreden. Om in de analogie te blijven: de receptiegangers kunnen ook wel eens kortstondig uit zichzelf samentroepen, zónder een beroemdheid in het midden, of er kunnen ‘golven' van samentroeping doorheen het zaaltje bewegen, bijvoorbeeld door een zich verspreidend gerucht. Die op zichzelf staande golven of samentroepingen zijn het Higgs-deeltje zoals dat nu in het Cern is geobserveerd. Dat dit fenomeen nu is waargenomen, bevestigt het bestaan van het Higgs-veld.


DS, 05-07-2012 (Steven Stroeykens)