Fysici van het ATLAS-experiment op CERN beginnen voor het eerst zicht te krijgen op het veld dat het higgsdeeltje produceert. Dat is eerder dan tot nog toe werd gehoopt.
“Ik heb een beetje het gevoel om in de toekomst te leven”, zegt Nikhef-onderzoeker Tristan du Pree van ATLAS. Met een aantal Nederlandse onderzoekers en promovendi was hij nauw betrokken bij de nieuwe analyse, die eerder deze week op het Italiaanse eiland Elba is gepresenteerd.
Zelfinteractie
De analyse draait om de zogeheten zelfinteractie van het higgsdeeltje. Daaruit kan de vorm worden afgeleid van het higgsveld, dat het mogelijk maakt dat elementaire deeltjes massa kunnen hebben. Deze vorm is nu alleen theoretisch bekend, en heeft wiskundig de vorm van een Mexicaanse hoed, maar nog niet in detail gemeten.
Het bestaan van het higgsdeeltje zelf werd in 2012 op CERN aangetoond en was het bewijs voor de aanwezigheid van een higgsveld.
De zelfinteractie is meetbaar in processen waarin bij protonproton-botsingen in de versneller twee higgsdeeltjes ontstaan. Du Pree en collega’s zochten aanwijzingen voor de di-higgsproductie via de karakteristieke productie van een paar bottomquarks en een paar fotonen in alle data uit de LHC-versneller tot en met het recordjaar 2024.
Verdubbeling
Dat betekent ruwweg een verdubbeling van de meetgegevens die voor de analyses konden worden gebruikt. Daardoor is de statistische significantie voor het eerst boven de 1 sigma, een maat voor de relevantie van een resultaat. “Het is een eerste glimp van de dubbele higgsproductie.”
Onder anderen promovendus Eli Sidley (UTwente) en postdoc Luca Franco (RU Nijmegen) hadden een belangrijke rol in de nieuwe analyse.
De stap voorwaarts is onverwacht groot door de toegenomen hoeveelheid data en een aantal nieuwe analysemethodes. In eerdere analyses werden alle mogelijke processen die tot higgs-higgs leiden samengebracht en was de significantie een half sigma. Het nieuwe resultaat is op basis van een enkel bb-proces al tweemaal zo betekenisvol.
Eerder dan gedacht
De eerste blik op de dubbele higgsprocessen komt eerder dan verwacht. Op CERN wordt een upgrade van de versneller voorbereid naar een machine met tienmaal zoveel intensiteit, de HL-LHC. Tot nog toe werd aangenomen dat de di-higgs pas in beeld komt tegen het eind van de meetperiode met die versneller.
Nikhef verwierf voor de metingen aan dubbele-higgsprocessen onlangs een ENW-XL beurs van wetenschapsfinancier NWO. Voor het project worden momenteel tien nieuwe promovendi en postdocs geworven. “Na het vinden van de higgs zelf is dit een beetje de heilige graal in de deeltjesfysica”, zegt Du Pree.
