Eindelijk weten natuurkundigen het zeker: het higgsdeeltje geeft alles massa

Twee grote experimenten hebben maandagmiddag op een conferentie in Bologna, Italië, bekendgemaakt dat ze tussen de brokstukken van botsende protonen in de LHC-superversneller in Genève soms tegelijk higgsdeeltjes en zogeheten topquarks zien ontstaan. Topquarks zijn zwaar en het eerste echte onderdeel van materie dat samen met higgsdeeltjes optrekt.

De metingen werden gedaan door de twee grote detectoren op CERN in Zwitserland, de deels Nederlandse Atlas-detector en het concurrerende CMS-experiment. Die ondergrondse apparaten, zo groot als het Paleis op de Dam, volgen de brokstukken van op elkaar botsende protonen in de LHC-versneller en nieuwe deeltjes die daarbij ontstaan. CMS meldde onlangs de eerste higgs-topquarkbotsingen, Atlas bevestigt die nu ook.

Invloed

In theorie bewijst het higgsdeeltje vooral het bestaan van een universele invloed, het higgsveld, waar andere deeltjes meer of minder last van hebben. Peter Higgs bedacht het mechanisme eind jaren zeventig, omdat massa in de gangbare deeltjestheorie geen rol speelt. Het higgsveld is daarvoor een logische aanvulling.

Sommige deeltjes, zoals fotonen, merken niks van het higgsveld. Andere, zoals het elektron of een topquark, voelen een invloed die kenmerkend is voor hun massa. Waarom het ene type deeltje het higgsveld sterker voelt dan het andere, is overigens niet bekend.

De gemeten topquarks zijn verwant aan de kleinste bestanddelen waaruit de kerndeeltjes in atomen in materie zijn gemaakt. De metingen waarmee in 2012 het bestaan van het higgsdeeltje werd aangetoond, waren nog gebaseerd op het ontstaan van krachtdeeltjes die niet in gewone materie voorkomen, waaronder paren lichtdeeltjes of fotonen, die zelf geen massa hebben. Het jaar erna kregen Higgs en de Belgische medevoorspeller François Englert de Nobelprijs voor het idee van het extra massagevende veld.

Zwaarste bestanddeel

De topquark is het zwaarste bestanddeel van materie en is ongeveer 170 keer zo zwaar als een proton. Het kan alleen worden gemaakt als deeltjes met enorme energie op elkaar worden geschoten, waarbij die energie kortstondig in massa wordt omgezet.

Voor de ontdekking van de higgs, ruim dertig jaar nadat de Schot Peter Higgs en andere theoretici die hadden voorspeld, was dat voldoende, zegt de Nijmeegse deeltjesjager Nicolo de Groot van de Radboud Universiteit. Maar de huidige metingen bieden de ultieme zekerheid. ‘Aan het higgsmechanisme twijfelde eigenlijk niemand. En er waren al wel indirecte metingen. Maar dit is voor het eerst een rechtstreeks bewijs voor de koppeling met materie.’