Vrijdag 18/09/2020

De jacht op het goddeeltje

Voor fysicus Peter Higgs (82) moeten het spannende tijden zijn. In de zomer van 1964 schoot hem tijdens een wandeling door de Schotse Cairngorm Mountains een inzicht te binnen dat we vandaag kennen als het Higgsmechanisme, met het Higgsboson of goddeeltje in de hoofdrol. Higgs, die werkte aan de universiteit van Edinburgh, was er van overtuigd dat hij tijdens die bergwandeling het 'ene grote idee' van zijn leven had gekregen. Hij had namelijk bedacht dat het mogelijk is dat de verschillende elementaire deeltjes ook verschillende massa's hebben. Het bestaan van een Higgsboson, dat massa geeft aan het ene deeltje terwijl het andere zo goed als gewichtloos blijft, zou Newtons probleem uit 1687 kunnen oplossen. Newton kon toen namelijk niet verklaren waarom zwaartekracht zich kan voortplanten door de lege ruimte.

Je kunt je het effect van het Higgsboson misschien het best voorstellen als door water lopen. Het Higgsboson is een deeltje dat ontstaat uit het Higgsveld, waarbij het veld met wat verbeelding vergeleken kan worden met water. Wanneer je door water loopt, voelt je broek veel zwaarder aan dan wanneer je door lucht loopt. Een mes dat met zijn scherpe kant door water snijdt of door lucht, voelt geen verschil. Elementaire deeltjes als gluonen of fotonen zijn als een scherp mes: zij winnen niet aan massa. Leptonen en quarks zijn als onze broek, ze winnen wel aan massa. En de ene broek wint meer massa dan de andere.

Zoals Decca Records indertijd het debuut van The Beatles weigerde met argumenten als 'gitaarmuziek is uit' en 'The Beatles hebben geen toekomst in de muziek', zo werd ook het eerste artikel dat Higgs schreef over zijn ontdekking geweigerd door het gezaghebbende vakblad Physics Letters.

De reden ervoor, zo kwam hij te weten via een collega, was dat men het artikel niet relevant voor de fysica vond. Higgs herschreef zijn tekst een beetje en stuurde hem een jaar later op naar het concurrerende tijdschrift Physical Review Letters. Deze keer werd zijn artikel wel gepubliceerd. Wat ook hielp, was dat enkele collega's van Higgs ondertussen tot gelijklopende inzichten waren gekomen. De Brusselse fysicus François Englert en de Amerikaanse fysicus Robert Brout publiceerden rond dezelfde periode artikels.De man die Higgs' artikel weigerde, werkt vandaag trouwens in het CERN in Genève, waar in deeltjesversnellers al decennia lang wordt gezocht naar een spoor van het elusieve Higgsboson. En elusief is wel het minste wat je kunt zeggen van een deeltje dat na een halve eeuw zoeken nog altijd niet is opgedoken.

The Goddamn Particle was de naam die Nobelprijswinnaar Leon Lederman wilde geven aan zijn boek over het Higgsboson. Omdat het zo verdomd moeilijk te vinden is. Het is onzichtbaar voor het blote oog en zou alleen te meten zijn bij snelheden die de lichtsnelheid benaderen.

De uitgever van Lederman hield niet van het woord 'goddamn', want dat zou aanstoot kunnen geven bij gelovigen. Zo kreeg het boek de titel The God Particle. "Een beetje vervelend", vindt Peter Higgs, die tijdens een interview met The Independent duidelijk maakt dat hij nooit een grote fan is geweest van de bijnaam 'goddeeltje'. "Ik geloof zelf niet in God, maar ik vraag me af of dit nogal vrijpostige gebruik van Gods naam niet storend is voor sommige gelovigen."

Vandaag zit Peter Higgs op rozen. Als het Higgsdeeltje ontdekt wordt in de komende maand(en), dan maakt hij grote kans op de Nobelprijs. Het Higgsboson is immers de sluitsteen van het Standaardmodel van de fysica, dat in de jaren zestig werd uitgetekend. Het goddeeltje zou 13,7 miljard jaar geleden massa hebben gegeven aan de brokstukken van de big bang, waardoor melkwegstelsels, sterren en planeten zijn kunnen ontstaan. Als je het zo bekijkt, dan was leven op aarde niet mogelijk geweest zonder het goddeeltje.

"Het Higgsboson is zo elusief dat niemand weet hoe het eruit zal zien", schrijft CERN-medewerkster Pauline Gagnon deze week op haar blog. "Maar als het bestaat, zoals voorzien in het Standaardmodel, dan hebben we nu een val gezet waarin we het zullen vangen." Het CERN rekent erop tegen eind 2011 uitsluitsel te hebben.

In het Fermilab in Chicago zijn ze minder voorzichtig. "Wij zijn genoeg data aan het verzamelen om tegen eind september uitsluitsel te hebben over het bestaan van het Higgsboson", zegt Dmitri Denisov van Fermilab aan Reuters. Toch zal eind september niet meteen eureka geroepen worden. Het vraagt tijd om de data van de metingen te analyseren. Veel tijd. "Met behulp van alle nieuwe gegevens en nog preciezere analyses zouden we begin 2012 de eerste aanwijzingen van het bestaan van het Higgsboson moeten hebben gevonden", schat Denisov. Tegen die tijd beëindigt het CERN ook zijn laatste metingen en begint het aan de laatste analyses.

Hoe kan het dat er meer dan een halve eeuw nadat Higgs zijn goddeeltje bedacht nog altijd geen spoor van gevonden is? Omdat het er niet is, zo luidt de droge uitleg van sceptici als Stephen Hawking, die niet in het bestaan ervan gelooft. Omdat het zo moeilijk te vinden is, en onze instrumenten nog niet precies genoeg zijn om het vast te stellen, menen de optimisten.

Dat het deeltje moeilijk te vinden is, daar kun je de optimisten geen ongelijk in geven. In het CERN in Genève en in Fermilab in Chicago proberen wetenschappers al decennia lang de big bang na te bootsen, met de brokken erbij, door elementaire deeltjes tegen enorme snelheid tegen elkaar te laten botsen. Op de beelden die gemaakt worden van deze explosies hoopt men bewijs voor het bestaan van het Higgsboson te zien. Dat bewijs wil men vinden in de vervalpatronen van de brokstukken van de explosies. Want het Higgsboson is zo kortstondig waarneembaar dat het alleen te bewijzen valt door de sporen van zijn verval te vinden. En het laatste stukje jachtgebied, waar men het deeltje voor het jaareinde hoopt te vinden, ergens tussen 114 en 149 miljard elektronvolt, is een bijzonder diffuus gebied vol ruis. Als een zilverreiger verbergt het Higgsboson zich in dit sneeuwlandschap.

Wetenschappers hopen de witte reiger te vinden door de witte voetsporen ervan te volgen. Maar andere dieren kruisen de sporen van de reiger, maken nieuwe sporen, en voortdurend valt er nieuwe sneeuw die alle sporen verbergt en het zicht beperkt.

De optimisten lieten onlangs hun stem nog horen op natuurkundecongressen in Grenoble en Mumbai. De ongewone pieken in de data van het CERN en Fermilab zijn bemoedigend, menen zij, vooral in het laatste gebied van 114 tot 149 miljard elektronvolt (tussen 114 en 149 GeV) zien de sporen er veelbelovend uit.

Dat gebied zal door het CERN en door Fermilab in de komende maand(en) meticuleus doorzocht worden. De sceptici halen de schouders op bij die pieken tussen 114 en 149 GeV en doen ze af als anomalieën of toevalligheden. En ook de sceptici kun je geen ongelijk geven. Er werd op basis van enkele piekmetingen al eerder vals alarm geblazen.

De grote vraag is: wat als er niets gevonden wordt? Davert het Standaard-model van de fysica dan op zijn grondvesten? Moet de theorie over de big bang dan herzien worden? Of moeten we gewoon nog krachtigere deeltjesversnellers met nog preciezere detectoren bouwen?

Het is wachten op het goddeeltje. Als het mysterie van het Higgsboson wordt opgelost, dan staan de volgende heilige gralen al te wachten op de fysici: supersymmetrie, snaartheorie...

Zijn ze echt of illusies? Zoals de Amerikaanse acteur en boeddhist Richard Gere het met een boutade zei: "Er is niets echt aan film. Niets. Zelfs van de lichtdeeltjes bij de projectie van een film is het bestaan niet te bewijzen. Niets is er."

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234