Het ATLAS-experiment op CERN heeft de massa van het higgsdeeltje tot op minder dan een promille nauwkeurigheid bepaald, een record.
Dat is bekend gemaakt op de Photon Lepton conferentie in Melbourne. Voor de nieuwe meting is gekeken naar het verval van het higgsdeeltje naar twee fotonen. Het resultaat werd daarna ook nog gecombineerd met eerdere massa-metingen uit andere vervalsprocessen.
Het higgsboson werd in 2012 op CERN ontdekt. Het deeltje speelt een centrale rol in het mechanisme dat elementaire deeltjes hun massa geeft, maar de massa van de higgs zelf wordt in de theorie niet voorspeld. Die moet experimenteel worden vastgesteld.
Zowel ATLAS, een experiment waarin Nikhef een prominente rol speelt, als het concurrerende CMS-experiment publiceerden de afgelopen elf jaar steeds preciezere schattingen. Dat is mogelijk omdat ze meer meetgegevens verzamelen en doordat de analyses steeds beter worden. “Deze precisiemeting is het resultaat van hard investeren in het beter doorgronden van onze metingen”, zei ATLAS woordvoerder Adreas Hoecker.
Een exact waarde van de higgsmassa is belangrijk om berekeningen met het Standaardmodel van deeltjesprocessen zo precies mogelijk te maken. De precisie is nodig om eventuele discrepanties in de experimenten te kunnen vinden, die kunnen duiden op onbekende deeltjes of krachten.
Voor kosmologen is de higgsmassa bovendien een cruciaal ingredient voor theorieën over de evolutie van het heelal en zelfs over de stabiliteit van de lege ruimte zelf, waarin zich het zogeheten higgsveld uitstrekt.
Uit de metingen aan het dubbelfotonverval komt een massaschatting van 125.22 GeV plus of min 0.14 GeV. Daarvoor is gekeken naar meetgegevens tot najaar 2018, run1 en run2 van de LHC-versneller. Na combinatie met de eerdere massaschatting uit higgsverval naar Z-deeltjes komt ATLAS op 125.11 GeV plus of min 0.11 GeV. Dat is een nauwkeurigheid van 0,09 procent, minder dan een promille.
Nikhef post-doc Luca Franco (Radboud universiteit) noemt de behaalde precisie indrukwekkend. Hij was eerder als PhD in Frankrijk betrokken bij de calibratie voor de fotonmetingen. De precisie, zegt hij, is ongeveer tweemaal beter dan in de vorige schatting door meer data. Maar de grootste winst komt uit een beter begrip van de detector zelf. “De systematische precisie is viermaal zo goed als we eerder haalden.”
Bij de ontdekking van het higgsboson in 2012 schatte ATLAS een massa van 126,0 GeV plus of min 0,4 GeV en CMS een waarde van 125,3 plus of min 0,4 GeV. CMS publiceerde vorig jaar dankzij veel meer data al een waarde van 125,35 plus of min 0,15 GeV, iets meer dan 1.1 promille nauwkeurigheid.
