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)

__________________
"Never argue with an idiot, they'll just bring you
down to their level and beat you with experience." (c)TB