De afgelopen dagen zwol de geruchtenstroom flink aan dat onderzoeksteams bij CERN het lang gezochte Higgsdeeltje zouden hebben gevonden. Dinsdag lekte al een filmpje uit waarin dat bekend werd gemaakt, maar woensdagmorgen kwamen de officiële resultaten naar buiten: er is een nieuw deeltje gevonden dat zeer sterk lijkt op het Higgs­boson.

Waarom al die ophef over het Higgsdeeltje?

Higgsdeeltjes of Higgsbosonen zijn een belangrijk bestanddeel van het standaardmodel. Dat is een theoretisch model uit de eerste helft van de jaren zeventig, waarin alle fundamentele bouwstenen van materie –zoals elektronen, neutrino’s en quarks– beschreven worden, inclusief de daarbijhorende vier natuurkrachten, waaronder de zwaartekracht. Voor het goed beschrijven van die laatste kracht is in 1964 een deeltje ‘bedacht’, door de Britse natuurkundige Peter Higgs, dat verklaart waarom elementaire deeltjes iets wegen. Dit Higgsdeeltje bestond tot nu toe alleen op papier, maar het bestaan ervan is nu daadwerkelijk aangetoond. Daarmee is het standaardmodel compleet. De theorie wordt wel de ”theorie van alles” genoemd en het ontbrekende deeltje het ”goddeeltje”, omdat het de sleutel zou zijn tot het volledig verklaren van alles wat zich in het heelal bevindt.

Al in 1962 kwam de Amerikaanse natuurkundige en Nobelprijswinnaar Philip Anderson op de gedachte dat zonder massa alle elementaire deeltjes met de lichtsnelheid door elkaar heen moeten vliegen. Dan kon er geen krant of computer bestaan. Dat gebeurt niet, dus er moet iets zijn dat voor massa zorgt.

Hoe veroorzaakt een Higgsdeeltje massa?

Een Higgsboson is eigenlijk geen deeltje maar een energieveld. Het vertraagt de snelheid van de deeltjes, die door het energieveld bewegen als stukken rookworst door de erwtensoep. Hoe meer Higgsbosonen –hoe dikker de erwtensoep–, hoe trager de deeltjes bewegen en hoe meer massa ze hebben (hoe zwaarder ze zijn).

Hoe ging het zoeken naar het Higgsdeeltje in zijn werk?

Voor het zoeken naar het Higgsboson is feitelijk een extreem sterke microscoop nodig die in een atoom kan kijken, een deeltjesversneller.

De deeltjesversneller versnelt protonen, onderdelen van atomen, tot 99,9 procent van de lichtsnelheid en laat ze vervolgens met elkaar botsen. Daardoor splitsten de protonen zich in subatomaire deeltjes, zoals quarks, leptonen en bosonen.

Deze deeltjes vertegenwoordigen een bepaalde hoeveelheid energie, die kan worden gemeten met detector als Atlas en CMS. De deeltjes hebben elk een bepaalde hoeveelheid energie, waaruit de natuurkundigen afleiden om welk deeltje het gaat. Omdat nu zeker is dat ook de vervalproducten van het Higgsdeeltje gemeten zijn, is het zeer waarschijnlijk dat het Higgsdeeltje zelf bestaat.

Waarom duurde het zoeken zo lang?

Het Higgsboson kan niet rechtstreeks waargenomen worden. De jacht daarop werd geopend door deeltjesversneller Tevatron van het Fermilab bij Chicago. Daar concludeerden de wetenschappers eerder dat het Higgsboson met 95 procent zekerheid niet bestaat.

Natuurkundigen vermoedden echter al dat de gevoeligheid van de Amerikaanse detectoren te laag was om het Higgsdeeltje te kunnen ‘zien’. Met gevoeliger detectoren zou het wel aan te tonen zijn. Deeltjesversneller Large Hadron Collider (LHC) van het CERN in Genève beschikt over die gevoelige detectoren, de eerder genoemde Atlas en CMS.

En nu?

Nu de ‘vingerafdruk’ van het Higgsdeeltje aangetroffen is, kunnen natuurkundigen de bestaande theorie over elementaire deeltjes goed tegen het licht houden, zodat ze nog beter begrijpen hoe die deeltjes zijn samengesteld en hoe ze elkaar beïnvloeden. Dat opent de deur naar nieuwe ontdekkingen, zoals het begrijpen van donkere materie.