Bestaat het higgsdeeltje wel echt?

De wereld zat aan de buis gekluisterd toen Neil Armstrong op 21 juli 1969 zijn eerste stappen op de maan zette. Het waren opwindende tijden waar mijn ouders soms nog wat melancholisch aan terugdenken. Zonde, zou ik zeggen, want dat is wat mij betreft zeker niet het belangrijkste wat er in dat decennium plaatsvond.

7 april 2015

Ik ben Remco, geboren in Roosendaal, maar getogen in Breda. Na mijn middelbare school besloot ik natuur- en sterrenkunde te gaan studeren. Waarom? Ik was gefascineerd geraakt door het allerkleinste. Bij scheikunde leerde ik over atomen. Hoe alles, maar dan ook echt alles, uit slechts een grote doos aan bouwsteentjes bestond, was onvoorstelbaar magisch voor mij. Al snel kwam ik erachter dat die atomen ook weer uit kleinere deeltjes bestonden en zo ging er een nieuwe wereld voor me open. Deze wereld van de deeltjesfysica is me blijven boeien en ik heb er inmiddels mijn werk van gemaakt. Ik doe namelijk sinds eind 2014 een promotieonderzoek naar het higgsdeeltje aan het Nationaal instituut voor subatomaire fysica in Amsterdam.

Heilige graal
Daar komen we dan ook gelijk op wat voor mij de belangrijkste prestatie van de jaren zestig is geweest: de beschrijving van het higgsmechanisme. Een mechanisme dat er voor zorgt dat de deeltjes, waaruit onder andere wij zijn opgebouwd, massa kunnen hebben (lees hier het originele artikel door Peter Higgs). Een wonderbaarlijke doorbraak in de deeltjesfysica die zeker in de beginjaren door vrijwel niemand werd aanvaard. Logisch eigenlijk, want als we kijken naar de formule van de deeltjesfysica – typisch iets wat natuurkundigen op een mok plaatsen – maakt het higgsmechanisme deze twee keer zo lang en zeker ook twee keer zo ingewikkeld. Toch doorstond het mechanisme de kritiek en verwierf het de status van heilige graal binnen de natuurkunde en misschien wel de hele wetenschap. Dit kwam vooral omdat het higgsdeeltje, het deeltje dat het higgsmechanisme voorspelt, lange tijd ongrijpbaar bleef waardoor een sluitend bewijs onmogelijk was.

Enorme deeltjesversneller
Mede hierdoor werd in 1998 in de buurt van Gèneve begonnen met de bouw van de Large Hadron Collider: een enorme deeltjesversneller. Dit enorme apparaat versnelt deeltjes in twee richtingen en laat ze op vier plekken in een 27 km lange cirkelvormige tunnel tegen elkaar laat botsen. Op alle vier de botsingsplekken zijn enorme detectoren geplaatst, waaronder de detector waarmee wij werken: de ATLAS-detector. Het duurde even, maar toen in 2012 het higgsdeeltje dan eindelijk gevonden werd, was het wereldnieuws, net zoals Neil Armstrongs eerste stappen op de maan.

Maar wat doe jij dan?
Dit is allemaal leuk en aardig, maar hoe weten we nu zeker dat dit deeltje echt het higgsdeeltje is? Daar gaat mijn onderzoek nu precies over. Door het onderzoeken van de eigenschappen van het higgsdeeltje proberen we vast te stellen of de theorie en de praktijk wel echt met elkaar in overeenstemming zijn. Hiervoor simuleer ik op de computer aan de hand van de theorie hoe het higgsdeeltje er in onze detector uit zal zien. Vervolgens gaan we in de praktijk kijken of dit overeenkomt met wat we echt in de ATLAS-detector zien. Dat kost heel veel tijd en rekenkracht. Bij een botsing kunnen wel meer dan duizend deeltjes betrokken zijn. Typisch willen we een paar miljoen botsingen zodat we genoeg gegevens kunnen verzamelen om te analyseren. En om alles nog lastiger te maken, wordt bij lange na niet bij iedere botsing een higgsdeeltje gemaakt.

Een botsing in de ATLAS detector.
ATLAS Experiment © 2014 CERN

Upgrade
De Large Hadron Collider is de afgelopen jaren flink opgevoerd. Afgelopen zondagochtend, Eerste Paasdag, was het dan zover. De eerste bundel deeltjes heeft succesvol een rondje gemaakt door de versneller. Het zal nog wel even duren voordat de eerste botsingen plaatsvinden. Maar als het zover is, kan ook de eerste data worden uitgelezen. Hier zullen dan veel meer higgsdeeltjes tussen zitten dan voorheen. Met die nieuwe data kan ik dan weer aan de slag en wie weet, ontdekken we wel dat het higgsdeeltje zich heel anders gedraagt dan gedacht.

Reageer