‘Ik verwachtte niet dat we het higgsdeeltje zouden vinden’

Jean-Paul Keulen

02-07-2022 09:00:00

Higgsdeeltje in ATLAS

Tien jaar geleden was de ontdekking van het higgsdeeltje wereldnieuws. KIJK blikt terug – en kijkt vooruit – met deeltjesfysicus Stan Bentvelsen.

Sinds 2014 is Stan Bentvelsen directeur van het Nederlandse deeltjesfysicainstituut Nikhef. Daarvoor was hij jarenlang de eindverantwoordelijke voor de Nederlandse bijdrage aan het experiment ATLAS, dat botsingen in de Europese deeltjesversneller LHC bestudeert. Op 4 juli 2012 maakten woordvoerders van ATLAS én het concurrerende experiment CMS bekend dat ze een nieuw deeltje hadden ontdekt. En het had er alle schijn van dat het daarbij ging om het al in 1964 voorspelde higgsboson, dat andere deeltjes hun massa geeft.

KIJK: Laten we even teruggaan naar de zomer van 2012. Hoe lang van tevoren wist u: we gaan straks aan de wereld bekendmaken dat we een nieuw deeltje hebben gevonden?

Stan Bentvelsen: “Dat moet maar een week of anderhalf voor 4 juli geweest zijn. We zagen met ATLAS al een tijdje een signaal dat steeds sterker werd. Maar binnen de deeltjesfysica hebben we afgesproken dat iets een sigma van minimaal 5 moet hebben om van een ontdekking te mogen spreken. (Een sigma van 5 betekent dat de kans dat je hetzelfde signaal had gezien als het higgsdeeltje níét had bestaan, kleiner is dan 1 op 3,5 miljoen – red.) Daarbij heb je te maken met een optelsom van heel veel verschillende analyses, en die optelsom werd pas heel kort van tevoren voltooid.

Zelf waren we vooral benieuwd naar wat onze concurrent ging vertellen: het LHC-experiment CMS, dat dezelfde natuurkundige verschijnselen bestudeert als ATLAS. We hadden geen idee wat dat team bekend zou maken. Maardat bleek dezelfde signalen te zien als wij. Daarom kon toenmalig CERN-directeur Rolf Heuer na afloop van onze presentaties zeggen: “Ladies and gentlemen, I think we have it.” Dat was een heel bijzonder moment, dat ook echt het natuurkundig onderzoek heeft veranderd.”

Hoe is het onderzoek dan veranderd door de ontdekking van het higgsdeeltje?

“Na de ontdekking van het higgsdeeltje is het onderzoek veel breder, veel opener geworden. Vóór 2012 vroegen we ons vooral af: bestaat dat higgsdeeltje nu wel of niet? Daardoor durfden we ons allerlei andere vragen nauwelijks te stellen. Zoals: waarom is het higgsdeeltje zo licht? En wat is het higgsveld, dat bij dat higgsdeeltje hoort, nou precies? Als je dat in het universum stopt, zou dat moeten opkrullen tot het formaat van een voetbal. Waarom gebeurt dat niet?”

Stan Bentvelsen
Deeltjesfysicus Stan Bentvelsen. © Nikhef

Op 2012 heette het in het persbericht van CERN nog ‘een deeltje consistent met het higgsboson’ in plaats van simpelweg ‘het higgsdeeltje’. Waarom die slag om de arm?

“Er hangt geen vlaggetje aan zo’n deeltje waar op staat: ‘Ik ben een higgsdeeltje.’ We zagen in onze grafieken een piek die onmiskenbaar wees op een nieuw deeltje. Maar je moet je dan nog altijd afvragen: is dit ook echt het higgsdeeltje dat we verwachten vanuit het standaardmodel van de deeltjesfysica? Het higgsdeeltje is de exponent van het higgsveld, een soort substantie die alle andere deeltjes massa moet geven. Dat is een heel merkwaardig concept. Het is enorm verrassend dat de natuur zich inderdaad zo gedraagt. En eigenlijk zijn we nog volop bezig vast te stellen of het higgsdeeltje ook echt alle eigenschappen heeft die het volgens het standaardmodel zou moeten hebben.”

Wat zijn de belangrijkste metingen aan het higgsdeeltje van de afgelopen tien jaar?

“Voor deeltjes geldt: hoe zwaarder ze zijn, hoe makkelijker ze het higgsveld voelen – en hoe makkelijker je de interactie tussen zo’n deeltje en het higgsveld kunt meten. Tot nu toe is het ons gelukt die interactie te meten voor een aantal van de zwaarste deeltjes: de topquark, de bottomquark, de charmquark… (Quarks zijn elementaire deeltjes die onder andere de bouwstenen zijn van protonen en neutronen, op hun beurt de bouwstenen van atoomkernen. Er zijn er in totaal zes verschillende – red.) Het is elke keer weer een verrassing om te zien dat het standaardmodel, dat deze interacties beschrijft, zo goed blijkt te kloppen. Tegelijkertijd weten we dat het standaardmodel niet het hele verhaal kan zijn. Er zit bijvoorbeeld geen deeltje in waar je het donkerematerieprobleem mee op kunt lossen.”

 Gaat de deeltjesversneller LHC ons nog meer over het higgsdeeltje leren?

“Ik denk dat er echt nog heel veel met de LHC kan. We hebben tot nu toe maar een paar procent van het te verwachten totale aantal deeltjesbotsingen geanalyseerd. Spannend wordt het met de zogenoemde zelfinteractie van het higgsdeeltje. In uiterst zeldzame gevallen kan het higgsdeeltje volgens de voorspellingen uit elkaar vallen in twee nieuwe higgsdeeltjes. Maar de experimentele uitdaging om dat signaal te kunnen meten, is enorm. Daar hebben we echt alle gegevens voor nodig die de LHC in zijn hele levensduur gaat verzamelen.

Heeft de kennis over het higgsdeeltje ook praktische toepassingen?

“Nou, de technieken die we nodig hadden om het higgsdeeltje te vínden, hebben tot heel veel innovatie geleid. Protontherapie als behandelingsmethode tegen kanker, bijvoorbeeld. Maar het higgsdeeltje zelf? Je fantasie moet wel heel ver gaan om dáár een toepassing voor te vinden. Bij dit soort onderzoek gaat het toch vooral om pure, fundamentele nieuwsgierigheid.”

Na het higgsdeeltje zijn er geen andere nieuwe deeltjes ontdekt met de LHC. Teleurgesteld?

“Tja, dat is een geval van ‘zie je het glas als half vol of half leeg?’. Vóór deze ontdekking kon ik me niet voorstellen dat we het higgsdeeltje überhaupt gingen vinden. Nu zien we dat we dit nieuwe deeltje echt beginnen te begrijpen, en dat vind ik een erg mooi resultaat. Wat dat betreft waren de afgelopen tien jaar heel bevredigend.

Natuurlijk kun je ook zeggen dat de resultaten tegenvallen. We hadden allemaal een beetje gehoopt op supersymmetrie (een theorie waarin alle deeltjes zwaardere partners hebben – red.) of extra dimensies of zo. Daarvan zien we op dit moment niets. Maar dat betekent ook dat de vraag wat er voorbij het standaardmodel ligt alleen maar pregnanter wordt.”

Openingsbeeld: ATLAS/CERN

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE






Meer Achtergronden