LHC versus Tevatron: wie is het eerst bij Higgs?

07-08-2008

Amsterdam, 6 augustus 2008.
Deze week presenteerden wetenschappers van Fermilab, Verenigde Staten nieuwe resultaten waaruit blijkt dat het Tevatron goed op weg is om de massa van Higgs nauwkeuriger te bepalen en wellicht Higgs zelf te ontdekken. Dit nieuws voert de spanning verder op, omdat de nieuwe en krachtiger versneller Large Hadron Collider (LHC) van CERN zeer binnenkort van start gaat. De LHC zal Higgs zeker vinden – mits het deeltje waar wetenschappers al ruim veertig jaar meer van willen weten ook echt bestaat. Het Tevatron zet nu alles op alles om voor de ogen van CERN de ontdekking van Higgs weg te kapen, door de hoeveelheid data te verdubbelen en zo de statistische analyses te verbeteren en daarmee de kans om Higgs te vinden te vergroten.

Zolang Higgs niet gevonden wordt, is het voornaamste doel van de experimenten om het gebied waarbinnen de massa van Higgs moet zitten, verder in te perken. De harde ondergrens staat al jaren op 114,6 GeV, de maximale energie die de LEP versneller, de voorganger van de LHC in Genève, bereikte. De bovengrens varieert logaritmisch als functie van de massa van Higgs en is dus rekbaar, tot ongeveer 190 GeV. Nu blijkt uit de resultaten van Tevatron dat 170 GeV als massa voor Higgs is uitgesloten. De nieuwe resultaten komen overigens goed overeen met sterke indirecte aanwijzingen van de LEP gegevens dat het Higgs deeltje lichter moet zijn dan 150 GeV.

Het Tevatron heeft de smaak te pakken en bundelt de krachten tot de versneller in 2010 stopt. Twee onafhankelijke experimenten die bij Tevatron naar Higgs zoeken (CDF en DZero) werken nu samen en verdubbelen zo de hoeveelheid data. Deze hoeveelheid data is van cruciaal belang, omdat een verbetering van de statistiek de mogelijkheden om Higgs te vinden vergroot. Het gebied rond een massa van 170 GeV was voor Tevatron te behappen omdat daar de verhouding signaal/achtergrondruis het best is. Door de hoeveelheid data te vergroten kan Tevatron een groter gebied gaan aftasten op zoek naar de massa van Higgs.

Toch is het Tevatron voor veel onderzoekers niet alleen een concurrent. Tevatron vormt ook een proeftuin voor de LHC fysica en techniek. Het onderzoek dient mede ter voorbereiding op bepaalde fysische verschijnselen van de LHC. Zo werd op 25 juli bekendgemaakt dat paren van Z-bosonen waren gesignaleerd. Het waarnemen hiervan is ook voor de Higgs fysica bij de LHC een interessant verhaal. Daarnaast hebben veel onderzoekers van de LHC ook bij Tevatron gewerkt tijdens hun wetenschappelijke loopbaan, omdat er nu eenmaal niet veel versnellers van dit kaliber bestaan. Nederlandse fysici en technici werken zowel in de Verenigde Staten mee als bij CERN aan de LHC. Dat levert verschillende visies op over de uitkomst van de strijd.

“Dit resultaat laat zien dat het Tevatron nog lang niet dood is. Het vinden van een eerste glimp van de Higgs is het belangrijkste doel geworden van deze versneller waar ook al het top quark is ontdekt en de oscillatie van Bs mesonen voor het eerste is gemeten. De Nederlandse groep heeft een stevige vinger in deze pap als leverancier van de technieken om b-quarks en tau-leptonen te herkennen. Nederlandse promovendi werken aan de analyse van enkele van de belangrijkste kanalen waarin het Higgs deeltje wordt geproduceerd, met alleen al in het afgelopen jaar twee promoties tot gevolg,” zegt Sijbrand de Jong, leider van de Nederlandse groepen in het Dzero experiment.

Het Higgs deeltje is het ontbrekende deeltje in het Standaard Model en is nodig om massa netjes in het model in te passen. Wetenschappers hebben het Higgsveld vergeleken met een VIP die een zaal journalisten binnenloopt: door de journalisten die op hem aflopen vertraagt zijn beweging, en lijkt het alsof hij massa heeft. Zo geeft Higgs massa aan materiedeeltjes. Higgs kan in versnellers geproduceerd worden bij een botsing tussen elementaire deeltjes met hoge energie (protonen en elektronen) en vervolgens indirect in detectoren gemeten worden. De massa van Higgs wordt in elektronvolt gegeven, een maat voor energie, om te zetten via Einsteins E=Mc2.

Noot voor de redactie:             

Illustraties
Met bijschriften in het engels, via: http://www.fnal.gov/pub/presspass/images/Higgs-mass-constraints-Aug2008.html

Informatie
Nikhef organiseert in (waarschijnlijk) de tweede week van september een persbijeenkomst ter ere van de eerste injectie van protonen in de LHC. Omdat dit live gebeurt staat de datum nog niet vast. Geïnteresseerde media kunnen zich alvast aanmelden via: http://www.nikhef.nl/pub/pr/LHC/prestart.html

Het persbericht over Z-bosonparen vindt u via: http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/Dzero_zzdiboson.html

Contact
Gabby Zegers, wetenschapsvoorlichter Nikhef,
gabbyz@nikhef.nl, 020-5925075.
Sijbrand de Jong, Nikhef/Radboud Universiteit, sijbrand@hef.ru.nl
Frank Filthaut, Nikhef/Radboud Universiteit, F.Filthaut@science.ru.nl, 024-3652308

Het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) is een samenwerkingsverband tussen de Stichting FOM, de Radboud Universiteit Nijmegen, de Universiteit Utrecht, de Universiteit van Amsterdam en de Vrije Universiteit Amsterdam. Nikhef coordineert het Nederlandse  onderzoek aan (astro) deeltjesfysica en is gevestigd op het Science Park te Amsterdam. Meer informatie op www.nikhef.nl.