De van oorsprong Australische fysicus Ashley McDougall heeft de jaarlijkse Jan Kluyverprijs gewonnen voor haar proefschrift over haar Nikhef-onderzoek van het higgsdeeltje.
Dat is maandag bekend gemaakt op de Jamboree van Nikhef, deze week in Nijmegen. De Kluyverprijs wordt elk jaar toegekend voor de beste engelstalige samenvatting van een proefschrift over Nikhef-onderzoek. De jury bestaat uit oud-directeuren van het deeltjesinstituut en is een geldprijs van 2.500 euro.
McDougall promoveerde november 2024 op een proefschrift over de zogenoemde breedte van het higgsdeeltje, aan de hand van metingen van de ATLAS-detector.
Precisiemetingen
Het bestaan van het higgsdeeltje werd in 2012 op CERN ontdekt door ATLAS en het concurrerende CMS-experiment in botsingen in de LHC-versneller. Sindsdien doen fysici precisiemetingen om het deeltje beter te begrijpen.
Haar samenvatting, zegt ze, was geen speciaal project. “Het was een kwestie van in de flow komen. Veel van wat ik wilde vertellen, had ik al wel eens eerder gezegd als ik vrienden en familie probeerde uit te leggen wat ik eigenlijk zo ver van huis aan het doen ben. Op school hield ik al van Engelse literatuur, misschien proef je dat wel een beetje.”
Dat haar promotor Ivo van Vulpen in die tijd hoogleraar in het publieke begrip van de wetenschap werd in Leiden, was een aardige bijkomstigheid. “Ik schreef het verhaal, maar Ivo gaf enkele tips en maakte de Nederlandse vertaling. Hij was overigens natuurlijk vooral als deeltjesfysicus betrokken.”
Glashelder en lichtvoetig
McDougall begint de samenvatting van haar proefschrift in haar geboorteland. “Als je op een heldere nacht in Melbourne naar de hemel kijkt, zie je de sterren van het Zuiderkruis glinsteren tussen Alpha Centauri en de Zuidelijke Pleiaden.”
Wat volgt is een glasheldere en lichtvoetige uitleg van de deeltjesfysica, van het belang van de higgsbreedte en van de nieuwe methodes om die grootheid te meten.
Het higgsdeeltje manifesteert zich als een piekje in de meetgegevens bij een massa van 125 GeV. De breedte van de piek ontstaat deels door onvermijdelijke meetfouten, maar vertelt ook iets over de levensduur van het deeltje. Hoe korter de levensduur, hoe scherper de piek. In theorie draagt dat ongeveer 4 MeV bij aan de breedte.
Extreem instabiel
Higgs-bosonen zijn extreem onstabiel met vervaltijden van minder dan 10-17 seconde. Ze kunnen alleen indirect worden waargenomen door te kijken naar de deeltjes waarin de Higgs vervalt. McDougall bestudeerde processen waarbij een higgsdeeltje in twee fotonen uiteenvalt, en schatte daaruit een breedte van maximaal 220 MeV.
Dat is een bovengrens, die nog best ver boven de theoretische waarde ligt, zegt McDougall. “Maar het is het beste wat we met de beschikbare data konden zeggen. Voor een scherpere bepaling is de toekomstige hoge-intensiteit LHC onontbeerlijk.”
De higgsbreedte is momenteel geen echte high profile analyse in de deeltjesfysica, erkent ze. “Maar juist door de keuze van een onderwerp iets buiten de hoofdstroom, kun je een echt verschil maken. We werkten er met twee mensen aan, ikzelf en mijn postdoc. Heel prettig. Ik vind dat persoonlijk veel bevredigender dan de enorme groepen op andere onderwerpen.”
Corona-pandemie
Echt gemakkelijk verliep haar onderzoek niet, vooral ook omdat ze als Australische van geboorte in Europa belandde toen net de corona-pandemie uitbrak en instituten en hele samenlevingen op slot gingen. “Een nare tijd, maar gelukkig was Nikhef erg betrokken en behulpzaam.”
Tegenwoordig werkt McDougall als postdoc aan de universiteit van Oxford, waar ze meewerkt aan een experiment met muonen op het Paul Scherrer-instituut in Zürich. Ze bouwt mee aan deze nieuwe Mu3e-detector.
Ashley McDougall is vastberaden om een loopbaan in de natuurkunde te vinden. Haar uiteindelijke doel daarbij is terugkeer naar Australië. “Ik zou graag de natuurkunde in mijn geboorteland een boost willen geven. Het verschil maken, ook daar. En toch ook dichter bij mijn familie.”
Het prijzengeld van de Kluyverprijs zet ze veilig op een spaarrekening. “Australië is heel ver weg en reizen is duur. Daar gaat het zeker van pas komen.”
Meer informatie over de Jan Kluyver prijs: https://www.nikhef.nl/activiteiten/promoveren/jan-kluyverprijs/
Ashley McDougall’s proefschrift: https://www.nikhef.nl/pub/services/biblio/theses_pdf/thesis_A_E_McDougall.pdf
