Het ATLAS-experiment op CERN heeft een nieuwe analyse gepubliceerd van vijf verschillende manieren waarop higgsdeeltjes uit elkaar vallen. Uit de combinatie van metingen blijkt preciezer dan ooit dat het deeltje, dat materiedeeltjes massa geeft, past in de theoretische verwachtingen van het zogeheten Standaard Model.
Voor de metingen zijn de ATLAS-metingen van botsende protonen in de LHC-versneller van CERN in Genève, gebruikt in de meetperiode tot en met 2016. Het betreft ongeveer de helft van alle data die ATLAS inmiddels heeft verzameld, en ongeveer kwart van de gegevens die het experiment over zijn hele levensduur tot 2023 zal vergaren.
De nieuwe analyse werd afgelopen zomer al gepresenteerd op een conferentie, maar is nu online gepubliceerd op de arxiv.org website. Onder de duizenden auteurs van de ATLAS-collaboratie is ook een aanzienlijk aantal Nikhef-onderzoekers. Een aantal van hen werkte intensief aan de analyses mee.
‘In de huidige analyse kunnen we de koppelingen van de higgs met andere deeltjes tot op ongeveer 10 procent nauwkeurig zien’, zegt ATLAS-groepsleider bij Nikhef en hoogleraar data-analyse in de deeltjesfysica aan de UvA, Wouter Verkerke. ‘Met nog veel meer data en slimmere analyses zullen we op den duur eventuele afwijkingen van het Standaard Model kunnen zien, als die er zijn, zo is de verwachting. Veel werk, maar we zijn op de goeie weg.’
In het artikel van meer dan tachtig pagina’s worden de resultaten van eerdere artikelen over het verval van geproduceerde higgsdeeltjes naar paren fotonen, Z-deeltjes, W-deeltjes, en paren beauty- en taudeeltjes samen nog eens opnieuw geanalyseerd.
Door de combinatie van gegevens ontstaat een scherper beeld van de diverse parameters die bepalen wat precies de invloed is van higgs op andere materie, zogeheten koppelingen. Precisie in de ene meting kan daarbij onzekerheid in een andere meting deels compenseren.
Zulke koppelingen zijn van belang om beter de rol van het higgsdeeltje in de deeltjeswereld te begrijpen. Volgens de theorie van Peter Higgs en Francois Englert (en wijlen Robert Broult) krijgen elementaire krachtdeeltjes als W en Z hun massa doordat ze elk op een eigen karakteristieke manier een invloed voelen van een veld waarvan het hele universum doortrokken is.
Dat het higgsveld bestaat, werd in 2012 bewezen in het ATLAS-experiment met de LHC-versneller op CERN (samen met het concurrerende CMS-experiment) met de vondst van het bijbehorende higgsdeeltje. Twee jaar later kregen Higgs en Englert er een Nobelprijs voor.
Veel details van dat higgsveld en zijn werking zijn echter nog onopgehelderd. Vooralsnog is alleen de koppeling met de zwaarste generatie deeltjes, die van het tau-deeltje, echt gemeten. Het zou kunnen dat de koppeling van de lichtere deeltjesgeneraties via een ander mechanisme verloopt. Die zijn veel moeilijker te meten.
Om dat in meer detail te bestuderen, zijn de precieze koppelingen met meetbare deeltjes van belang. In de LHC wordt dat bestudeerd door met botsende protonen higgsdeeltjes te maken die daarna uit elkaar vallen in paren deeltjes die in detectoren als de ATLAS meetbare sporen achterlaten.