NWT_p70_75_Higgs
20-09-2004
15:00
Pagina 70
De gewichtigste bouwsteen
Ernst van Eijk
Het heelal is gevuld met onzichtbare deeltjes die de beweging van alle materie dwarsbomen, geloven natuurkundigen. Zonder deze higgsdeeltjes zouden alle andere deeltjes, net als fotonen, met de lichtsnelheid door het heelal bewegen en zou er geen materie bestaan.
70
In de Large Hadron Collider (LHC), de grootste versneller ter wereld, honderd meter diep onder de Frans-Zwitserse grens,gaan we op zoek Ernst van Eijk naar wat materie massa geeft. Natuurwetenschap & Techniek
| oktober 2004
NWT_p70_75_Higgs
20-09-2004
15:00
Pagina 71
Het hart van Atlas Wetenschappelijk directeur Jos Engelen van Cern, voor het hart van de Atlasdetector: “Als higgsdeeltjes bestaan, dan vinden we ze hier.”
“Iedereen heeft het over het higgs-mechanisme”, zegt Ronald Kleiss, hoogleraar op de afdeling Theoretische Hoge Energie Fysica aan de Radbout Universiteit Nijmegen.“Maar Peter Higgs heeft het niet in zijn eentje verzonnen. Eigenlijk moet je spreken van het Brout-EnglertHagen-Higgs-Kibble-Guralnik-mechanisme!” Met een krijtje en een schoolbord legt Kleiss uit hoe het werkt.“Licht bestaat uit massaloze deeltjes die we fotonen noemen.Als ik een laser schuin op een bak water richt, maakt het wateroppervlak een knik in de lichtstraal. Dat komt omdat de waterdeeltjes de doorgang van de fotonen hinderen, waardoor licht in water langzamer gaat dan in lucht of vacuüm. Het licht verliest geen energie en impuls, maar wel snelheid. Dan kun je zeggen dat de waterdeeltjes aan de fotonen een effectieve massa geven. Het gewicht van nat licht!” Stel nu dat het hele universum gevuld was met water. Dan zouden fotonen zich altijd gedragen alsof ze een massa hadden. De analogie met de werking van higgsdeeltjes is de veronderstelling dat een schijnbaar lege ruimte geen echt vacuüm is, maar een waterig medium waar alle materie doorheen moet ploegen. Het complete heelal zou een oceaan zijn, gevuld met higgsdeeltjes. Bijna alles wat door die oceaan beweegt gaat langzamer dan door het echte vacuüm.“Dat is maar goed ook”, zegt Kleiss.“Stel je voor dat ik een superzapgun heb dat die oceaan plaatselijk wegzapt.Als ik die op jou richt, worden alle deeltjes in jouw lichaam plotseling massaloos en schieten ze er vandoor met de snelheid van het licht. Dan spat je uit elkaar!” Vloeistof Bij z’n geboorte verkeerde
het heelal inderdaad in die toestand. Elektronen, neutrino’s, quarks – alle elementaire deeltjes waren massaloos en schoten met de lichtsnelheid door de
ruimte. Deze vrije doorgang was echter maar van korte duur. Een fractie van een fractie van een seconde na de oerknal koelde het heelal af totdat een faseovergang optrad, zoals gas condenseert tot vloeistof. Plotseling bewogen alle deeltjes door een hinderlijke oceaan waarin de meeste aanzienlijk aan snelheid inboetten. Deze onzichtbare oceaan vult het heelal nog steeds, en geeft ons en vrijwel alles om ons heen de eigenschap die we massa noemen. Slechts enkele soorten deeltjes, zoals fotonen, hebben geen last van de oceaan en zijn dus massaloos. Dit scenario over de oorsprong van massa staat beschreven in het Standaardmodel, de huidige natuurkundige theorie die het gedrag van elementaire (ondeelbare) deeltjes beschrijft. De oceaan in het verhaal is gevuld met higgsdeeltjes, die veertig jaar geleden werden voorspeld door de Schotse natuurkundige Peter Higgs. Ondanks veel experimentele aanwijzingen dat ‘zijn’ deeltjes het heelal tot in de diepste uithoeken opvullen, bleef het directe bewijs voor hun bestaan uit.“Maar als ze bestaan, vinden we ze hier”, zegt Jos Engelen. De Nederlander Engelen is wetenschappelijk directeur van het Europese onderzoeksinstituut CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) dat eind september zijn vijftigste verjaardag vierde. Surfen Engelen wijst naar het hart van een reusachtige detector die de tot nu toe ongrijpbare deeltjes moet gaan opsporen.“Binnenin zullen straks elke seconde zo’n achthonderd miljoen protonen met nagenoeg de lichtsnelheid op elkaar botsen”, vertelt hij. De botsende protonen zetten een groot gedeelte van hun energie om in nieuwe deeltjes volgens de bekende formule van Einstein (E=mc2).“Elke botsing stuurt honderden dochterdeeltjes de detector in”, zegt Engelen. Hopelijk zitten daar genoeg
www.natutech.nl
higgsdeeltjes tussen om hun aanwezigheid vast te kunnen stellen. We moeten echter nog even geduld hebben, want veel onderdelen liggen momenteel nog in een loods op het onderzoeksterrein van Cern te wachten tot ze via een lange schacht naar de ondergrondse eindbestemming getakeld worden. In de zomer van 2007 moeten alle onderdelen van ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) in elkaar gezet zijn, want voor dat moment staat de ingebruikname gepland van de nieuwe deeltjesversneller die de protonen met ongekend hoge energie de detector in vuurt. Honderd meter onder de Zwitsers-Franse grens loopt een zevenentwintig kilometer lange, cirkelvormige tunnel, waarbinnen de oude Large Electron Positron collider (LEP) na elf jaar trouwe dienst het veld ruimde voor zijn opvolger: de Large Hadron Collider (LHC). Een deeltjesversneller zoals LEP of LHC is een lange buis die twee stromen elektrisch geladen deeltjes in tegengestelde richting opjaagt. De deeltjes krijgen hun snelheid door mee te surfen op elektromagnetische golven in bepaalde secties van de versneller. Eenmaal op topsnelheid laten natuurkundigen de linksom draaiende deeltjes botsen met de rechtsom draaiende. Rondom de botsingspunten (het zijn er vaak meerdere) staan huizenhoge detectoren opgesteld. Die kijken of de botsende deeltjes rare dingen doen, of zich juist precies zo gedragen als natuurkundigen voorspellen.“Op die manier hebben de experimenten van LEP het Standaardmodel op stevige poten gezet”, zegt Engelen trots. Toch werd LEP vier jaar geleden afgebroken om plaats te maken voor de volgende stap, de LHC. De toenmalige directeur verleende het ouderwetse apparaat nog tot het uiterste uitstel van executie, omdat de opgevoerde versneller het higgsdeeltje op de hielen leek te zitten. Maar de meeste natuurkundigen waren
71
20-09-2004
15:00
Pagina 72
Cern
NWT_p70_75_Higgs
Toch wegen al deze voordelen van lichte puntdeeltjes niet op tegen de hoge energie die zware deeltjes kunnen bereiken. Het probleem wordt dan: hoe houden we deze deeltjes in hun baan? Dát is de uitdaging voor LHC!”
Zware botsing Simulatie van een botsing in de Atlasdetector. Als het higgsdeeltje zwaar genoeg is om in twee Z-deeltjes te vervallen, zal het dat in de meeste gevallen ook doen. De Z-deeltjes vervallen op hun beurt elk in twee muonen (of elektronen), die in de detector vrijwel rechte strepen achterlaten (in geel weergegeven).
niet overtuigd van het magere ‘bewijs’, dus trok de directeur de stekker eruit. “Kennelijk is het higgsdeeltje te zwaar om met LEP aan het licht te brengen”, zegt Engelen,“dus hebben we een versneller met meer energie nodig.” Zware botsing De nieuwe directeur legt
uit hoe LHC door het gebruik van zware deeltjes maar liefst zeventig keer zoveel energie als LEP in een botsing stopt.“De deeltjes die LEP versnelde, elektronen en positronen, zijn zo licht dat ze tijdens hun rondes door de tunnel te veel energie verliezen. Daarom konden ze niet de energie bereiken om het higgsdeeltje aan te tonen.” Een elektrisch geladen deeltje zendt namelijk altijd energie uit in de vorm van elektromagnetische straling als het in een cirkelbaan beweegt (synchrotronstraling). Het stralingsverlies neemt af als de straal van de cirkel toeneemt, maar neemt veel sterker af als de massa van het rondgaande deeltje toeneemt.“In plaats van een nog grotere tunnel te bouwen”, vertelt Engelen,“kun je dus beter zwaardere deeltjes in je versneller stoppen, protonen. De beperking is dan niet meer het energieverlies dat je moet compenseren, maar de sterkte van het magneetveld dat
72
nodig is om de deeltjes in hun cirkelbaan te houden. Daarom zijn voor de LHC speciale, supergeleidende magneten ontwikkeld.” Ondanks de hoge elektriciteitsrekening werkte LEP niet voor niets liever met lichte elektronen en positronen (positief geladen anti-elektronen) dan met de achttienhonderd maal zwaardere protonen die LHC gaat versnellen.“Elektronen en positronen zijn puntdeeltjes”, verklaart Engelen.“Ze zijn niet samengesteld uit andere deeltjes, daarom gedragen ze zich tijdens een botsing op een eenvoudige manier.” Protonen bestaan uit drie quarks die aan elkaar geplakt zitten met gluonen (de H in LHC staat voor hadron, een verzamelnaam voor deeltjes die uit meerdere quarks en gluonen bestaan). Daardoor hebben ze een ingewikkelde interne structuur, wat het bestuderen van hun botsingen bemoeilijkt. “Bovendien is in een puntdeeltje alle energie geconcentreerd in een punt, terwijl de energie van een proton is uitgesmeerd over zijn bouwstenen. Daardoor komt de hogere botsingsenergie die met protonen te bereiken is niet helemaal ten goede aan de botsing van de fundamentele bouwstenen, waar het om gaat.”
Natuurwetenschap & Techniek
Superkoel De versnellerbuis is zo groot omdat een deeltje dan slechts een flauwe kromming hoeft te volgen. Daardoor zendt het minder stralingsenergie uit en blijft het makkelijker in zijn baan. “De truc is om iets dat meer dan elfduizend ronden per seconde maakt”, vertelt Engelen, “netjes in een cirkelbaan te houden. Daar zorgen de supergeleidende magneten voor.” Een magneetveld buigt de bewegingsrichting van een geladen deeltje af (houd maar eens een magneet bij je televisiescherm, waar aan de achterkant elektronen tegen botsen). Uiteindelijk bepaalt de sterkte van de magneten de maximale energie die een deeltje kan krijgen zonder uit de bocht te vliegen. Het hele onderzoeksterrein ligt dan ook bezaaid met de meterslange, cilindervormige magneten die straks als een ketting aaneengeregen worden.“De zogeheten radiofrequentiestations zorgen voor de versnelling, daar zijn er niet zoveel van nodig omdat de deeltjes in een rondje lopen.” Daardoor komen ze zo vaak als nodig is langs zo’n station, dat ze telkens een elektromagnetisch duwtje geeft – en dus extra energie. “Supergeleidende magneten zijn de kracht van LHC”, zegt Herman ten Kate van de vakgroep Lage Temperaturen aan de Universiteit Twente.Terwijl we per lift afdalen naar de ondergrondse tunnel, vertelt de expert op het gebied van supergeleiding hoe dit verschijnsel de magneten van LHC zeventig keer zo sterk maakt als de klassieke magneten van LEP.“Bij zeer lage temperaturen verdwijnt in sommige metalen de weerstand tegen elektrische stroom volledig.
| oktober 2004
NWT_p70_75_Higgs
20-09-2004
15:00
Pagina 73
Een supergekoelde metaaldraad kan grote stromen geleiden zonder enig energieverlies.Als je zo’n draad om een ijzeren juk wikkelt, wek je daarbinnen een magneetveld op dat enorm sterk is en dat ook blijft zonder extra energietoevoer.” De prijs die de superversneller hiervoor betaalt is dat de stroomdraden permanent op een temperatuur moeten blijven van nog geen twee graden boven het absolute nulpunt – zo’n driehonderd graden onder kamertemperatuur. Dat is geen gemakkelijke opgave, want de superkoele draden lopen straks rond versnellerbuizen van zevenentwintig kilometer lang. Maar wat je ervoor terugkrijgt is niet gering: een zeventig keer zo sterk magneetveld betekent een zeventig keer zo groot energiebereik – waarbinnen het higgsdeeltje, mits het er is, zich zeker schuilhoudt. “Hier gaat het allemaal gebeuren”, vertelt Ten Kate als de liftdeuren openschuiven.“In deze caverne komt de Atlasdetector te liggen.” Hij wijst naar een klein gat hoog in één van de muren. “Daar komen de protonen binnen. In de detector laten we ze botsen. Dat doen we door twee protonstromen tegen elkaar in te laten lopen. Daar hebben we maar één magneetring voor nodig, omdat we de stroomdraad als een krakeling rond twee parallelle buizen wikkelen. Daardoor staat de richting van het magneetveld in de ene buis tegengesteld aan de veldrichting in de andere buis. In één buis buigen de protonen linksom, in de andere rechtsom. Binnen de detector kruisen hun wegen.” De energie waarmee de protonen elkaar ontmoeten is een duizelingwekkende veertien TeV (Tera-elektronvolt, duizend miljard elektronvolt. Eén elektronvolt is de energie die een elektron of proton krijgt als het een spanningsverschil van één volt doorloopt.) Een TeV is ongeveer gelijk aan de bewegingsenergie
Erick Vermeulen
De meeste higgsdeeltjes komen op deze manier tevoorschijn. Dit is echter net het meest gebruikelijke higgs-verval. De detectoren kunnen dit verval wel het makkelijkst waarnemen, mits het higgsdeeltje precies de voorspelde massa heeft.
van twee botsende muggen. Dat lijkt weinig, maar de LHC propt al die energie in de botsing van slechts twee subatomaire deeltjes. Oceaan Als de botsende protonen enkele higgsdeeltjes uit de oceaan tevoorschijn laten spatten, dan kunnen natuurkundigen opgelucht ademhalen. Zonder de oceaan zou hun geliefde Standaardmodel direct stranden. Naast de moleculen in ons lichaam, houden higgsdeeltjes ook het Standaardmodel bij elkaar. Ze lossen onder meer een groot probleem op in de beschrijving van de zwakke kracht, één van de vier fundamentele natuurkrachten die sommige vormen van radioactiviteit veroorzaakt. Het probleem in de beschrijving is dat experimenten aantonen dat de deeltjes die de zwakke kracht overbrengen, twee W-deeltjes en één Z-deeltje, een massa hebben. Daarin verschilt de zwakke kracht fundamenteel van de elektromagnetische, sterke en zwaartekracht, die respectievelijk worden overgebracht door massaloze fotonen, gluonen en (nog niet waargenomen) gravitonen. De massieve krachtdeeltjes kennen een kunstje dat hun massaloze broertjes niet kennen: ze hebben een extra mogelijkheid voor hun spintoestand(interne rotatietoestand). “Als bijvoorbeeld twee W-deeltjes dit kunstje vertonen tijdens een hoogenergetische botsing met elkaar”, zegt Kleiss, “kan het Standaardmodel dat proces alleen maar op een zinnige manier beschrijven als er ook higgsdeeltjes aan mee mogen doen.”
www.natutech.nl
Al in de jaren zestig zagen natuurkundigen in dat de zwakke kracht alleen paste in een theorie die was ondergedompeld in een oceaan van higgsdeeltjes. Doordat de W- en Z-deeltjes hun massa’s uitsluitend te danken hadden aan de oceaan, zo luidde de theorie, waren ze van zichzelf (‘op het droge’) massaloos! Dat maakte het mogelijk om de zwakke kracht op te nemen binnen het theoretische kader van elektromagnetisme, waarin de krachtdeeltjes van zichzelf ook massaloos zijn en zich dus altijd fatsoenlijk gedragen – zonder kunstjes. Een eeuw nadat de Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell elektriciteit en magnetisme verenigde in één elektromagnetische theorie, smolt op zijn beurt elektromagnetisme samen met de zwakke kracht tot de elektrozwakke theorie. Maar buiten een oceaan van higgsdeeltjes is die theorie een vis op het droge. Aangekomen Natuurlijk moeten alle andere deeltjes ook door de voorgestelde oceaan zwemmen.“Higgsdeeltjes verklaren de oorsprong van alle massa’s”, merkt Kleiss op,“maar niet de grootte, al wordt dat laatste wel vaak door de media gesuggereerd. De vraag waarom een deeltje een bepaalde massa heeft, verandert in de vraag waarom het in die mate hinder van higgsdeeltjes ondervindt. Daarop kunnen we nog steeds geen antwoord geven, want de massa van een deeltje kunnen we niet a priori uitrekenen.” Wat de elektrozwakke theorie wel kon, was de massa’s voorspellen van deel-
73
NWT_p70_75_Higgs
20-09-2004
15:00
Pagina 74
De beurt is aan de Europeanen. Het higgsdeeltje blijkt zo zwaar dat het buiten het bereik van de Amerikaanse deeltjesversneller valt.
tjes die indertijd nog niet gevonden waren. In de jaren zeventig kwamen het Wdeeltje, Z-deeltje, topquark en higgsdeeltje wel in de theorie voor, maar nog niet in de praktijk.“Het wiskundige mechanisme van Higgs”, vertelt Kleiss,“koppelt de massa’s van alle deeltjes uit de elektrozwakke theorie aan elkaar in één wiskundige vergelijking. Daarin zitten dus ook de onbekende massa’s van deze vier deeltjes.” Natuurlijk kun je uit één vergelijking geen vier onbekenden halen, maar natuurkundigen maken het zichzelf graag makkelijk door de bijdragen die relatief minder belangrijk zijn gewoon te negeren.“De term met de topquarkmassa is minder belangrijk dan de term met de Z-massa”, zegt Kleiss,“en de term met de higgsmassa is nóg minder belangrijk.”Dus toen natuurkundigen in 1983 het W-deeltje vonden,konden ze zijn massa meten (een onbekende minder) en daarmee de massa van
Tot de nok “Hier gaat het gebeuren.” Supergeleidingexpert Herman ten Kate staat in de onderaardse caverne die over enkele jaren tot de nok toe gevuld zal zijn met de Atlasdetector. Door het gat onder de letter
Ernst van Eijk
A komen straks de protonen binnen.
het Z-deeltje al heel aardig schatten.Toen ze dat een paar maanden later vonden,konden ze zijn massa nauwkeurig meten (weer een onbekende minder) en daarmee de topquarkmassa voorspellen. Op zijn beurt maakte de ontdekking van het topquark in 1995 een schatting van de higgsmassa mogelijk.“Helaas is die voorspelling erg ruw”, geeft Kleiss toe,“omdat de term met de higgsmassa zo onbelangrijk is. Het maakt niet zoveel uit als het higgsdeeltje wat lichter of wat zwaarder is dan we denken. Binnen bepaalde massagrenzen blijft de vergelijking toch wel kloppen, want er staan een heleboel andere waarden in die gemeten zijn en dus een zekere speling hebben.” Afgelopen juni sloot het net rond het higgsdeeltje een stuk strakker. De marge in de massa van het topquark nam flink af na nauwkeurige metingen door Tevatron, momenteel de krachtigste hadronversneller ter wereld (met 1,8 TeV bijna tienmaal sterker dan LEP) van Cern’s Amerikaanse concurrent Fermilab (Fermi National Accelarator Laboratory). Het topquark bleek zwaarder dan gedacht, wat de verwachte higgsmassa ruim twintig procent opschroefde (van 96 naar 117 GeV/c2, bijna 125 keer de massa van een proton). Dat was goed nieuws, want experimentatoren hadden de eerder voorspelde massa jaren geleden al uitgesloten! “Ik ben daar zelf nooit huiverig over geweest”, zegt Kleiss,“want de schatting was behoorlijk ruim. Het feit dat de experimenteel vastgelegde ondergrens hoger was dan de favoriete higgsmassa, heeft mensen die er echt verstand van hebben helemaal geen zorgen gebaard. Het is natuurlijk wel een lekker gevoel dat het higgsdeeltje nu wat zwaarder is.” Concurrentie Vooral in Europa was dit nieuws zeer welkom.“Het higgsdeeltje is nu zo zwaar geworden dat het waarschijnlijk buiten het bereik van Tevatron valt”, zegt Walter van Doninck van het Inter-
74
Natuurwetenschap & Techniek
university Institute for High Energies aan de Vrije Universiteit Brussel. De beurt is dus weer aan de Europeanen. Vandaar dat het team van Van Donick hard bouwt aan een detectoronderdeel dat het higgsdeeltje binnen een groter massagebied kan vinden. In een lawaaierige loods, ver weg van de loods waarin Atlas onder constructie ligt, kijken we toe hoe tientallen technici in de weer zijn met het broertje van Atlas: de Compact Muon Solenoïd (CMS). “We hebben twee verschillende detectoren nodig”, vertelt Van Doninck, “omdat de één dan de resultaten van de ander kan bevestigen.” Maar liefst twee van de in totaal vijf detectoren die straks rond LHC komen te liggen, gaan dus voornamelijk op zoek naar higgsdeeltjes. CMS opereert aan de noordkant van de ring, Atlas aan de zuidkant. Ieder gaat op zijn manier speuren naar het higgsdeeltje, maar beide gevaarten zijn straks in staat het te vinden – ongeacht waar het zich, binnen het gebied waarin theoretisch zijn massa kan liggen, schuilhoudt. “We zijn op alle massa’s voorbereid”, vertelt Van Doninck.“De detector moet allerlei deeltjes met grote precisie kunnen meten. Een higgsdeeltje is zo instabiel dat hij zelf de detector niet haalt. Alleen de deeltjes waarin het vervalt komen daarin terecht. Dus als je een higgsdeeltje wilt aantonen, moet je zijn vervalsproducten meten en hun herkomst reconstrueren met allerlei behoudswetten, zoals behoud van energie, impuls en lading. De manier waarop het higgsdeeltje vervalt is echter afhankelijk van zijn massa – die we niet kennen! Wat we wel precies weten, is hoe het zou vervallen bij elke massa die het kan hebben binnen de voorspelde grenzen. Onze detector kan al die mogelijke vervallen registreren.” “We vrezen echter dat het higgsdeeltje net díe massa heeft waarvan het verval dreigt op te gaan in de achter-
| oktober 2004
20-09-2004
15:00
Pagina 75
Cern
NWT_p70_75_Higgs
Dit is dan het resultaat! Na drie jaar meten verwachten natuurkundigen een dergelijk grafiekje, dat nu nog een simulatie is. De naar rechts aflopende lijn is het gevolg van achtergrondstraling. Het hobbeltje verraadt de aanwezigheid van higgsdeeltjes. Een aan de detector gekoppelde computer probeert het higgsdeeltje te herkennen aan zijn vervalsproducten: twee fotonen. Het probleem is dat de computer voortdurend talloze fotonen voor zijn kiezen krijgt, en van geen enkel foton weet waar het vandaan kwam. Hij bepaalt daarom de totale energie van alle mogelijke paren van alle fotonen die op een bepaald moment door de detector schieten, en vertaalt die naar een massa. Als een fotonpaar niet van hetzelfde deeltje kwam, levert de optelsom een massa op van een dochterdeeltje dat niet bestaat. Bij elke massa hoort dus een groot aantal ‘onzinnige’ fotonparen! De grafiek loopt af omdat fotonen met hoge energie relatief weinig voorkomen. Kwamen de fotonen wél van hetzelfde deeltje, dan levert hun optelsom de massa van hun moeder: het higgsdeeltje. Bij de massa van het higgsdeeltje toont de grafiek dus het aantal onzinnige fotonparen, plús het aantal paren dat daadwerkelijk bij elkaar hoort. Op die plek drukt de erwt door het gladde matras van de prinses.
grond”, lacht Van Doninck.“Dat betekent dat we aan de vervalsproducten niet meer kunnen zien of ze van een higgsdeeltje kwamen of van iets anders. Onze detector is maar net gevoelig genoeg om het verwachte higgsverval significant te onderscheiden van de achtergrond. Daarvoor moeten we dan wel een jaar of drie continu gegevens verzamelen!” Het verzamelen van de gegevens gebeurt met een netwerk van speciaal geprogrammeerde ‘on line’ computers. “LHC produceert continu botsingen, 24 uur per etmaal”, vertelt Engelen.“Alleen in de winter zetten we de versneller uit, want dan is de elektriciteit duurder.” De behoefte van Cern als de LHC in vol bedrijf is, vanaf 2007, loopt op tot ruim honderd megawatt, vergelijkbaar met het huishoudelijk elektriciteitsverbruik van een stad als Amsterdam. De detectoren rondom de botsingspunten sturen alle informatie door naar computers, enkele meters verderop. Die krijgen doorlopend een hoeveelheid informatie voor hun kiezen die gelijkstaat aan twintig gelijktijdige telefoongesprekken door elke persoon op Aarde.“Nutteloze gegevens gooien ze meteen weg”, verklaart Engelen.“Alleen de zeldzame interessante processen, waarin bijvoorbeeld higgsdeeltjes kunnen voorkomen, onthouden ze.” “Het wordt spannend welk team als eerste het higgsdeeltje vindt”, zegt
Alexandre Nikitenko. De Russische onderzoeker is leider van de higgswerkgroep van het CMS-project. De twee teams van de CMS- en de Atlas-detector concurreren niet alleen met Amerika, maar ook met elkaar.“Omdat het bewijs voor het vinden van higgsdeeltjes van statistische aard is”, vertelt hij,“moeten we van tevoren met het Atlasteam afspreken hoeveel procent zeker we moeten zijn voordat we de ontdekking mogen claimen.” Altijd prijs Als ik mijn laatste vraag aan
Nikitenko stel – welke bussen richting vliegveld rijden – biedt hij me spontaan een lift aan. In de auto praten we na over de spannende dingen die het nieuwe speeltje van Cern kan ontdekken:“LHC levert zoveel energie, dat we voorbij het Standaardmodel kunnen kijken. Er bestaan zogenaamde supersymmetrische modellen die in het energiegebied dat nu experimenteel verkend is, de natuur op dezelfde manier beschrijven als het Standaardmodel. Maar in een hoger gebied, waar alleen LHC kan komen, doen ze andere voorspellingen. Zo voorspelt het zogeheten minimale supersymmetrische model dat er maar liefst vijf soorten higgsdeeltjes zijn!” Mijn hoofd tolt ervan.Terwijl ik vanuit vogelvlucht nog een laatste blik op het onderzoeksterrein werp, herinner ik me de openhartige woorden van Ronald Kleiss:“Het Standaardmodel klopt veel te
www.natutech.nl
goed met de metingen, je wordt er ziek van! Het lijkt wel een kamer met gecapitonneerde muren, zoals in gekkenhuizen. We willen ook wel eens kijken wat daar achter zit.Als ik bijvoorbeeld wil weten waar de grootte van de deeltjesmassa’s vandaan komen, moet ik juist een barst in het model vinden. Het higgsdeeltje is één van de dingen die we misschien als breekijzer kunnen gebruiken.Want stel nou dat het er niet is. Of dat het er wel is maar niet precies doet wat wij voorspellen. Dat zou betekenen dat er nieuwe fysica aan de hand is. Dat zou opwindend zijn!” Hoofdschuddend voegt hij daaraan toe:“Nou zie je wat een zieke geesten wij zijn. Eerst kloppen wij ons op de borst: we hebben een sluitend model, wat zijn wij knap! En een paar jaar later roepen we misschien:Yes!Yes! We hadden ongelijk”.
Homepage Cern www.cern.ch Film over de higgs-jacht van Atlas www.nikhef.nl/pub/pr/atlasmov.html Het Standaardmodel telescience.sci.kun.nl/physics/ notes/col/higgs_000525.htm ‘Het dilemma van Higgs’(column) www.christianjongeneel.nl/ popups/col14.htm Het onwaarschijnlijke topquark www.nwo.nl/nwohome.nsf/pages/NWOP_ 5YVGT6?Opendocument
75
