het Higgsdeeltje: vijftig jaar onderzoek niet voor niets

microscoop op wetenschap
14/11/2013

Het Higgsdeeltje bevestigde onlangs het standaardmodel* van de deeltjesfysica en dat leverde de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2013 op. Toch is dit niet het sluitstuk van het standaardmodel. Wat er nu beschreven is, is immers nog maar 4 procent van alle materie en energie in het universum. Er is dus nog werk aan de winkel. Pierre van Mechelen, woordvoerder van de onderzoeksgroep Elementaire-deeltjesfysica van Universiteit Antwerpen, geeft ons een helder beeld van dit moeilijke thema.

Laten we het verhaal beginnen bij het meest elementaire begrip 'licht' om zo het belang van het Higgsdeeltje te schetsen. De natuurkundigen Yang en Mills beschreven dat licht gedefinieerd kan worden aan de hand van symmetrie** van de eigenschappen van een elektron. Hun theorie bleek perfect te werken, zolang de deeltjes geen massa hebben. Verwarring alom, want het was geweten dat die deeltjes massa hadden. Was het standaardmodel steunend op de Yang-Mills-theorie fout? Moest dit het geval zijn, dan zat de fysica met de handen in het haar. Alles waar ze op steunde, bleek even niet meer juist.

 

En toen kwamen Brout, Englert en Higgs in 1964 het symmetrieprincipe redden met de voorstelling van de Higgstheorie. Dit mechanisme beschrijft dat deeltjes wél massa kunnen hebben, zolang er een bijproduct – namelijk een nieuw deeltje – is in de reactie. Het bijproduct werd het 'Higgsdeeltje' gedoopt. Het Higgsdeeltje zou dus de oorzaak zijn van alle massa om ons heen. Vijftig jaar later is hun theorie eindelijk experimenteel bevestigd in Genève (CERN). Gejuich in de hele wetenschappelijke wereld: ze weten nu eindelijk dat ze in de juiste richting aan het zoeken waren.

 

We zijn er nu zeker van dat het Higgsdeeltje echt bestaat. Toch is er nog veel onderzoek nodig om dit deeltje te beschrijven. Een vijftienkoppige groep van Universiteit Antwerpen werkt hieraan mee. Ze analyseren data en dragen zo rechtstreeks bij aan het beschrijven van de vervalkanalen*** van dit inmiddels beroemde deeltje. Nu houden ze zich vooral bezig met verder onderzoek naar de kwantumeigenschappen, zoals de spin en pariteit. Zo kan het deeltje adequaat beschreven worden. Wanneer dat allemaal is afgerond, kan er verder gezocht worden naar de volgende 96 procent van alle materie. Deeltje per deeltje komen we er wel. We zijn alvast op de goede weg.

 

* Alle deeltjes die we kennen en de manier waarop deze op elkaar inwerken, staan vervat in het standaardmodel.

** Een voorbeeld van symmetrie is dat de wetten van de fysica niet veranderen ten opzichte van de verschuivingen van de tijd, wat uiteindelijk leidt tot behoud van energie. Dit is belangrijk, want we kunnen ook het bestaan van krachten en deeltjes afleiden uitgaande van symmetrie-eisen.

*** Vervalkanalen zijn de verschillende manieren waarop een deeltje kan vervallen, zo kan een Higgsdeeltje vervallen in twee w-bosonen, maar ook in twee andere Higgsdeeltjes.