Een echte ontdekking is het nog niet, maar fysici van het ATLAS-experiment op CERN denken in hun metingen een zeldzaam brokstuk te zien van een higgsdeeltje dat uit elkaar valt. De aanwijzingen daarvoor, afkomstig uit analyses van Nikhef Nijmegen, worden vandaag gepresenteerd op een virtueel CERN-seminar over het higgsdeeltje.
Het higgsdeeltje werd in 2012 aangetoond in de metingen van ATLAS en de concurrerende CMS-detector op CERN. Beide bestuderen de botsingen van protonen uit de Large Hadron Collider deeltjesversneller. Het geproduceerde higgsdeeltje zelf is extreem instabiel en niet rechtstreeks waar te nemen. Wel zijn de deeltjes te zien waarin het uiteen valt.
Voor de ontdekking in 2012 waren dat vooral paren fotonen, paren Z- en W-deeltjes die verder vervallen naar elektronen en muonen. In theorie is er echter nog een vierde manier waarop het higgsdeeltje uiteen kan vallen: in een Z-deeltje plus een foton, kort weergegeven als H>Zy.
In het simpelste model voor het higgsdeeltje komt dit proces ongeveer eens in de tienduizend higgsdeeltjes voor. Anders dan met metingen aan bosonparen als ZZ of yy is de meting ervan lastig, omdat op de achtergrond ook allerlei andere processen Z-deeltjes en fotonen produceren. Daardoor zijn deze specifieke Zy-paren moeilijk in een deeltjesdetector als ATLAS te spotten, en worden toevallige paren soms per abuis zo opgevat.
Maar het is ook niet onmogelijk om Zy te vinden, zo blijkt uit de presentatie op CERN dat berust op werk van promovendus Nadezda Proklova van de Nikhef-groep in Nijmegen, en haar begeleider Nicolo de Groot. Proklova werkt momenteel op CERN aan haar proefschrift.
In alle meetgegevens van de ATLAS-detector tot nog toe zijn nu ongeveer twintig vermoedelijke voorbeelden van het H>Zy verval gevonden. Statistisch, zegt De Groot, is dat nog niet genoeg om van een ontdekking te spreken. ‘Ruim twee sigma is geen bewijs. Het kan allemaal nog toeval zijn. Maar het is wel een serieuze hint voor dit verval.’
In de komende jaren hoopt De Groot meer zicht op het H>Zy proces te krijgen. Daarbij is het vaststellen dat de voorspellingen kloppen de minst interessante uitkomst, zegt hij. ‘Dan is het een kwestie van afvinken en door.’ Het proces zelf is verder niet heel geschikt om het higgsdeeltje scherper in beeld te brengen. Daarvoor zijn andere vervalkanalen beter bruikbaar, zegt De Groot.
Interessanter wordt H>Zy vooral als het proces zich niet naar de verwachtingen van de theoretici voegt. Als het niet of juist veel vaker optreedt dan voorspeld, is de deeltjestheorie op dit punt kennelijk niet helemaal correct. Dat zou kunnen wijzen in de richting van een ingewikkelder higgsdeeltje dan tot nog toe in het Standaardmodel van de deeltjesfysica wordt aangenomen.
Op hetzelfde CERN-seminar dinsdag worden ook metingen gepresenteerd aan het verval van higgsdeeltjes naar onzichtbare deeltjes die lichtgewicht kandidaten voor donkere materie zouden kunnen zijn. Daarvoor zijn tot nog toe geen aanwijzingen gevonden, is de conclusie.
Op CERN ligt de LHC-versneller sinds 2019 stil voor onderhoud en technische aanpassingen. Afgezien van de corona-crisis waardoor het lab hoe dan ook gesloten is, zal de versneller in 2021 weer in bedrijf komen. Dan zullen detectoren als ATLAS in zogeheten Run3 nieuwe meetgegevens van protonbotsingen verzamelen, waardoor ook zeldzame processen beter in beeld kunnen komen.