In navolging van de resultaten van het Zwitserse onderzoeksinstituut Cern, maakten fysici van de Amerikaanse Tevatron-versneller gisteren bekend dat ook zij sterke aanwijzingen hebben gevonden voor het bestaan van het langgezochte higgsdeeltje. Deze onafhankelijke bevestiging betekent dat het nu nog waarschijnlijker is dat het deeltje snel – vermoedelijk dit jaar nog – gevonden zal worden.
De resultaten uit de Amerikaanse Tevatron-versneller duiden op het bestaan van een higgsdeeltje met een massa tussen de 115 en 135 giga-elektronvolt (ter vergelijking: een proton weegt ongeveer één GeV). De resultaten uit Cern van december 2011 plaatsten de massa van het higgs eerder al tussen de 116 en 127 giga-elektronvolt.
500 biljoen
De Tevatron-versneller hield vorig jaar op met deeltjes op elkaar knallen. Wetenschappers zijn sindsdien bezig om de meer dan 500 biljoen (500 maal 1012) botsingen die de versneller tijdens zijn tienjarige levensduur heeft gedaan, te analyseren. De eerste uitkomsten met betrekking tot het higgsdeeltje presenteerden natuurkundigen van de twee grootste wetenschappelijke experimenten van de versneller (CDF en DZero) gisteren op de jaarlijkse Rencontres de Moriond conferentie in La Thuile, Italië.
Bewijs
De nieuwe resultaten zijn, net als die uit Cern, nog niet goed genoeg om te spreken van ‘bewijs’ voor het bestaan van het higgs. Daarvoor mag naar wetenschappelijke afspraak namelijk alleen gesproken worden als de kans dat het resultaat berust op statistische ruis kleiner is dan 1 op 740 (of, in statistisch jargon: het resultaat moet een zogeheten ‘sigma’ hebben van minimaal 3). Van een ‘vondst’ wordt pas gesproken als de kans dat het resultaat een statistische uitschieter is, kleiner is dan 1 op 3,5 miljoen (oftewel ‘5 sigma’). Het resultaat van de Tevatron heeft een sigma van slechts 2,2.
Het feit dat nu ook de Tevatron aanwijzingen vindt voor het bestaan van het higgsdeeltje in hetzelfde massa-interval als Cern eerder deed, is vooral interessant omdat beide versnellers op verschillende wijze naar het deeltje zoeken. Waar de Large Hadron Collider van Cern met hoge snelheid twee protonen op elkaar laat knallen, schiet de Tevatron een proton op een antiproton. De brokstukken na die botsing verschillen in beide gevallen, zodat ook de strategie om het higgsdeeltje te vinden verschilt.
Levensduur
In beide gevallen is het overigens onmogelijk om het higgsdeeltje direct waar te nemen. Het deeltje heeft daarvoor namelijk een veel te korte levensduur, zo leert het standaardmodel van elementaire deeltjes (de overkoepelende natuurkundige theorie die alle deeltjes en hun onderlinge interacties in één wiskundige beschrijving samenvat). In plaats daarvan zijn natuurkundigen tussen de brokstukken op zoek naar zogeheten vervalsproducten van het higgs – lichtere en stabielere deeltjes waar de higgs na haar ontstaan bij de botsing direct in vervalt.
In het geval van de Tevatron-versneller is men op zoek naar een paar zogeheten bottomquarks. Die moeten qua ontstaansratio, vliegrichting in de versneller en snelheid van de deeltjes overeenkomen met wat de wetenschappers vanuit het standaardmodel verwachten wanneer een higgsdeeltje uit elkaar valt. Als dit patroon in de deeltjesbrij na de proton/antiproton-botsing opduikt, is dat dus een sterke aanwijzing dat zowel het higgsdeeltje bestaat als dat het standaardmodel klopt.
Toegevoegde waarde
Dat dat anders gaat dan bij de LHC (waar men zoekt naar twee fotonen) is volgens Gregario Bernardi, woordvoerder van het DZero-experiment, heel waardevol. In een persverklaring die Tevatron naar aanleiding van het resultaat de wereld in stuurde, vergelijkt Bernardi de toegevoegde waarde van dit tweede experiment met het maken van twee foto’s van een park vanuit twee verschillende hoeken. ‘In de ene foto is misschien een kind te zien dat in de andere foto geblokkeerd wordt door een boom’, trekt hij die analogie voort. ‘In beide foto’s is misschien het kind wel te zien, maar slechts één kan het gezicht goed ontwaren’, vertelt hij, ‘zodat je beide gezichtspunten moet samenvoegen om te zien wie er in het park is.’
LHC
Uiteindelijk is de kans dat de LHC haar ‘foto’ het scherpst krijgt volgens Bernardi het grootst. Die versneller kan namelijk nog flink in energie omhoog, en als de deeltjes met meer kracht tegen elkaar aanknallen, wordt het gemakkelijker de brokstukken die daarbij ontstaan goed te bestuderen. Maar, zo benadrukt hij, ook verdere analyse van de resultaten van de Tevatron-versneller moeten meer uitkomst kunnen bieden.
Hoe dan ook: het lijkt erop dat met dit nieuwe resultaat de eventuele vondst van het higgsdeeltje steeds dichterbij komt. ‘We zijn nog niet klaar’, laat CDF-woordvoerder Rob Roser in dezelfde persverklaring weten. ‘Samen met onze collega’s van de LHC verwachten we dat 2012 het jaar wordt waarin we zullen weten of het higgsdeeltje wel of niet bestaat.’
Benieuwd waarom het higgsdeeltje zo belangrijk is? Lees dan hier onze minicursus higgs, naar aanleiding van de resultaten uit Cern van december vorig jaar.