Precies één jaar geleden maakte CERN de ontdekking van een nieuw deeltje bekend, dat we inmiddels een higgsboson mogen noemen. Ter ere van die verjaardag: acht feiten over dit langverwachte deeltje.
1) Het ontdekte higgsdeeltje weegt ongeveer 125 keer zoveel als een proton of neutron, de twee deeltjes waaruit atoomkernen zijn opgebouwd. Of, zoals deeltjesfysici zouden zeggen: het higgsdeeltje heeft een massa van 125 giga-elektronvolt. Daarmee hebben we het over een flink deeltje, maar het is niet eens het zwaarste bekende elementaire deeltje. Dat is de zogenoemde topquark, met een massa van maar liefst 173 giga-elektronvolt.
2) Je hoort vaak dat “het higgsdeeltje andere deeltjes hun massa geeft”. Beter is om te zeggen dat er een higgsveld is waardoor deeltjes een massa kunnen hebben, en dat het bestaan van het higgsdeeltje een gevolg is van dat veld. Verder is het goed om te weten dat alleen elementaire deeltjes (dat wil zeggen: deeltjes die niet verder zijn op te hakken in andere deeltjes) hun massa aan het higgsveld danken. Van deeltjes als het proton of het neutron, die zijn opgebouwd uit andere deeltjes, is maar een klein deel van de massa toe te schrijven aan het higgsmechanisme. (Hier een uitvoerige, Engelstalige uitleg, die laat zien dat protonen en neutronen heel wat ingewikkelder in elkaar zitten dan je zou denken…)
3) Het higgsdeeltje is vernoemd naar Peter Higgs, de Britse wetenschapper die in 1964 – bijna vijftig jaar geleden dus – twee wetenschappelijke artikelen publiceerde over wat we nu het higgsmechanisme noemen. Hij was echter niet de enige en zelfs niet de eerste die dat jaar met dat idee kwam. Het duo Robert Brout en François Englert ging hem voor, terwijl het trio Gerald Guralnik, Carl Hagen en Tom Kibble er iets later ook over publiceerde.
4) Wel was Peter Higgs de eerste die expliciet concludeerde dat bij het higgsmechanisme een nieuw deeltje met een massa hoort. Daarmee is te verdedigen dat dit deeltje alleen naar hem is vernoemd. Voor het ‘higgsmechanisme’ geldt dat niet; dat is daarom ook wel het Brout-Englert-Higgs-mechanisme en het Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble-mechanisme genoemd. Higgs zelf maakte het nog bonter door de naam ‘ABEGHHK’tH-mechanisme’ te suggereren. Hiermee wilde hij naast de genoemde zes fysici ook nog Philip Anderson (A), die een soort proto-higgsmechanisme bedacht, en de Nederlander Gerard ’t Hooft (’tH) een deel van de credit geven. Allemaal tevergeefs: in de ‘volksmond’ is het higgsdeeltje, higgsveld en higgsmechanisme gebleven…
5) Nadat het higgsmechanisme in 1964 was voorgesteld, bleef het een aantal jaar een vrij abstract en obscuur gegeven. Dat veranderde in 1967. Toen bedacht Steven Weinberg dat je het mechanisme kon gebruiken om de deeltjes die de zogenoemde zwakke kernkracht overdragen, de W- en Z-bosonen, een massa te geven. Dat leverde Weinberg, samen met collega-fysici Abdus Salam en Sheldon Glashow, in 1979 de Nobelprijs voor de natuurkunde op. (Een theorie die het higgsmechanisme gebruikte, was dus meer dan dertig jaar vóór de ontdekking van het higgsdeeltje al zo geaccepteerd door de natuurkundige gemeenschap dat men er een Nobelprijs voor durfde toe te kennen.)
6) Het vinden of uitsluiten van het higgsdeeltje was de belangrijkste beweegreden achter het bouwen van CERNs Large Hadron Collider of LHC, de grootste, krachtigste deeltjesversneller ter wereld, die bij Genève protonen op elkaar laat botsen met extreem hoge energie. Eind 2011 meldden de twee grootste LHC-experimenten, ATLAS en CMS, al dat ze tekenen van een higgsdeeltje hadden gevonden. Op 4 juli 2012 (‘Higgsdependence Day’) hadden ze genoeg data verzameld om, volgens de strenge normen die gelden binnen de deeltjesfysica, van een ontdekking te mogen spreken.
Peter Higgs tijdens de bekendmaking van het grote higgsnieuws, op 4 juli 2012.
7) Op 4 juli 2012 had CERN het nog over “een deeltje consistent met het langverwachte higgsdeeltje”. Oftewel: de organisatie achter de LHC durfde het toen nog niet aan te zeggen dat het nieuwe deeltje daadwerkelijk een higgsdeeltje wás. In maart 2013, nadat nieuwe LHC-resultaten bekend waren gemaakt, sprak CERN wel van een higgsdeeltje. Een higgsdeeltje en niet het higgsdeeltje, want het is mogelijk dat er meerdere higgsdeeltjes zijn. Zou bijvoorbeeld supersymmetrie gelden, het idee dat de bekende deeltjes nog onontdekte superpartners hebben, dan zijn er maar liefst vijf ‘higgsen’. Maar het is ook heel goed mogelijk dat we in een saaier heelal leven, met ‘maar’ één higgsdeeltje – het higgsdeeltje dat nu is gevonden.
8) Mogelijk wordt er eind dit jaar – of in 2014 – een Nobelprijs uitgereikt voor het higgsmechanisme, nu het bijbehorende deeltje is ontdekt. De vraag is alleen wie die prijs gaat krijgen. Eén Nobelprijs mag namelijk door maximaal drie personen worden gedeeld, dus een deel van de vijf nog levende bedenkers van het higgsmechanisme (Brout overleed in 2011) zal sowieso buiten de boot vallen…
Beeld: CERN