Afgelopen zomer werd het gevonden: het higgsdeeltje. Alhoewel: hét higgsdeeltje? Misschien waren het er wel twee…

Vorige week werd het laatste nieuws van de verschillende LHC-experimenten bekendgemaakt op een bijeenkomst. Uiteraard was er daarbij veel aandacht voor het deeltje dat afgelopen zomer werd ontdekt, en dat hoogstwaarschijnlijk het langgezochte higgsboson is. Interessant was vooral de update van LHC-experiment ATLAS. Dat lijkt namelijk nu twee higgsdeeltjes te zien.

Daverende verrassing

Het draait daarbij om twee verschillende manieren waarop het higgsdeeltje kan vervallen tot andere deeltjes. Bij de eerste manier vervalt het deeltje naar twee zogenoemde Z-bosonen. Bij de tweede manier vervalt het higgsdeeltje naar twee fotonen, oftewel lichtdeeltjes. Het geval wil nu dat als je naar het eerste vervalsproces kijkt, je een higgsmassa vindt van 123,5 gigaelektronvolt (GeV). (Een proton of neutron weegt ongeveer één GeV.) Kijk je daarentegen naar het tweede proces, dan vind je een higgsmassa van 126,6 GeV.

De blauwe lijnen geven aan bij welke massa het higgsdeeltje zich lijkt te bevinden als je kijkt naar het verval naar twee Z-bosonen. De rode lijnen slaan op het verval naar twee fotonen. Waarom deze twee higgsmassa’s zo ver van elkaar vandaan liggen, is nog onbekend.

De spannendste interpretatie hiervan is dat er twee higgsdeeltjes zijn gevonden. “Dat zou een daverende verrassing zijn”, zegt deeltjesfysicus Paul de Jong van Nikhef, die deel uitmaakt van het ATLAS-team. Volgens hem is het namelijk lastig om een realistische theorie te vinden die met twee van dergelijke higgsdeeltjes te rijmen is. “Maar theoretische fysici zijn creatief”, voegt hij daaraan toe. Ook verwijst hij naar een artikel van afgelopen zomer, dat twee dagen na de bekendmaking van de higgsontdekking (!) al speculeerde over de mogelijkheid van twee higgsdeeltjes in de buurt van 125 GeV.

Fout of toeval?

De Jong acht het echter veel waarschijnlijker dat er bij het interpreteren van de gegevens van de LHC een fout wordt gemaakt. “Er zijn de laatste twee maanden heel veel mensen tachtig of honderd uur per week in touw geweest om dit te onderzoeken.” Maar die verwoede pogingen hebben nog niets opgeleverd, vervolgt hij. “Vooralsnog zien we niet wat we verkeerd doen.”

Een andere optie is dat toevallig het resultaat voor een verval naar twee Z-bosonen laag uitvalt, en het resultaat voor twee fotonen hoog. “Dat lijkt me veruit het meest waarschijnlijk”, zegt De Jong. Wat deze verklaring ondersteunt, is dat het LHC-experiment CMS, de ‘concurrent’ van ATLAS, tot nu toe géén lagere higgsmassa voor het verval naar twee Z-bosonen heeft gemeld.

Grote onderhoudsbeurt

Los van het ‘dubbele-higgs-resultaat’ van ATLAS is het ook zo dat het higgsdeeltje vaker dan verwacht lijkt te vervallen naar twee fotonen. Aangenomen werd dat dit effect zou verdwijnen naarmate er meer LHC-data werden geanalyseerd, maar dat is vooralsnog niet gebeurd. Dit ‘fotonenoverschot’ zou kunnen wijzen op het bestaan van nieuwe, niet al te zware deeltjes, zegt De Jong, zoals bijvoorbeeld de theorie van de supersymmetrie voorspelt. Maar ook hier denkt hij eerder aan een statistische fluctuatie. “Het is afwachten wat CMS hierover gaat zeggen, op basis van meer data.”

Bij dat ‘meer data’ moet je dan wel denken aan data die nu nog op de plank ligt. Vanochtend om 6.00 uur is de LHC namelijk gestopt met protonen op elkaar te laten botsen. Begin volgend jaar zullen er nog wat botsingen tussen loodionen plaatsvinden, daarna wordt de machine tot 2015 platgelegd voor een grote onderhoudsbeurt. Maar: áls de LHC straks eindelijk weer aangaat, zullen de deeltjes wel met een nóg hogere energie op elkaar botsen dan ze dit jaar hebben gedaan. En met de gegevens die dat oplevert, kunnen hopelijk allerlei vragen worden beantwoord die nog openstaan nadat alle huidige LHC-gegevens zijn doorgelicht.

Bronnen: Scientific American, Quantum Diaries, Resonaances, Of Particular Significance