Higgsdeeltjes kunnen direct vervallen naar materiedeeltjes. Voor het eerst konden natuurkundigen dat fenomeen meten in de deeltjesversneller in CERN, het instituut voor deeltjesfysica. Volgens natuurkundigen is de ontdekking een cruciale stap voor de verificatie van het standaardmodel voor de deeltjesfysica.
Uitkomsten van higgs-experimenten in CERN tonen aan dat het higgsdeeltje kan vervallen naar materiedeeltjes. ‘Deze resultaten zijn een extra bevestiging voor de voorspellingen van het standaardmodel’, zegt Paul de Jong, deeltjesfysicus aan de Universiteit van Amsterdam. ‘Het laat een kant van het higgseeltje zien dat de natuurkunde tot nu toe nog niet kon aantonen.’ De resultaten van het CMS-experiment verschijnen deze week in het vakblad Nature Physics.
In juli 2012 bevestigden natuurkundigen van CERN het bestaan van een nieuw deeltje: het higgsboson. Higgs maakte het standaardmodel voor de deeltjesfysica kloppend. Het model is een overkoepelende natuurkundige theorie die de interacties die elementaire deeltjes met elkaar hebben beschrijft. Het higgsdeeltje past in dat model. ‘Het deeltje geeft namelijk massa aan andere elementaire deeltjes’, aldus De Jong. ‘En niet aan een type deeltjes, maar aan zowel bosonen als fermionen, waarop het gehele standaardmodel gebaseerd is.’
Juiste voorspellingen
Met het standaardmodel voorspelden natuurkundigen het verval van higgs naar andere deeltjes. Het model geeft ook weer hoe vaak welk verval voorkomt. Het deeltje vervalt vrijwel onmiddellijk (na gemiddeld 10-22 seconden) in lichtere deeltjes. Volgens het model kan het higgsdeeltje vervallen op acht verschillende manieren. Van die manieren konden onderzoekers tot voor kort alleen het verval naar bosonen waarnemen. Volgens De Jong komt dat door hoe het higgsdeeltje interacteert met andere deeltjes. ‘Het higgsdeeltje gaat liever interacties aan met zware deeltjes.’ Bosonen, zoals fotonen of W- en Z-bosonen, zijn zwaarder dan quarks of leptonen. ‘Het komt gewoonweg minder vaak voor dat het higgsdeeltje met lichte materie interacteert. Om die gebeurtenissen te kunnen aantonen hadden we zeer veel data nodig.’
Nu hebben CMS-natuurkundigen aangetoond dat het higgsdeeltje ook vervalt in materiedeeltjes, de zogeheten fermionen. Leptonen en quarks behoren tot die groep. Het standaardmodel voorspelde het bestaan van dat soort higgs-verval. Het verval dat de CMS-onderzoekers hebben gemeten omvat het verval van higgs naar tau-leptonen en b-quarks. De metingen komen overeen met de voorspellingen van het standaardmodel.
Nog sneller botsen
In CERN zijn natuurkundigen druk bezig de LHC voor te bereiden op nieuwe experimenten. CERN maakt de LHC klaar om botsingen te creëren met een nog hogere energie dan op dit moment mogelijk is. Rolf Heuer, directeur bij CERN, meldde in een persverklaring van CERN dat het werk dat in de LHC gestopt wordt, gaat leiden tot nieuwe ontdekkingen met betrekking tot de precieze aard van het higgsdeeltje.
Ook De Jong verwacht spannende, nieuwe ontdekkingen. ‘De botsingen die we verwachten te gaan uitvoeren bevatten bijna twee keer zoveel energie dan de botsingen die we tot nu toe konden uitvoeren bij CERN. Met die hogere energie botsingen kunnen we meer higgs-deeltjes tegelijk laten ontstaan, meer data verzamelen en de aard van het deeltje nog beter begrijpen. Ook kijk ik uit naar het ontdekken van nieuwe deeltjes, zoals donkere materie.’ Naar verwachting gaan de experimenten in het voorjaar van 2015 van start.
Lees ook: