Eindanalyse van in tien jaar verzamelde data bij het Tevatron, de deeltjesversneller op Fermilab bij Chicago, laat hun tot op heden sterkste aanwijzing zien voor het lang gezochte higgsdeeltje. Dit werd maandag 2 juli om 16:00 Nederlandse tijd bekend gemaakt in speciale lezingen op Fermilab. Het Tevatronresultaat laat zien dat als het higgsdeeltje bestaat, het een massa heeft van 125±7 GeV/c2, ongeveer 130 maal de massa van het proton.
‘Hoewel het Tevatron nooit voor het ontdekken van higgsdeeltjes is gemaakt, is het toch gelukt een eerste glimp ervan te zien,’ zei Sijbrand de Jong, hoogleraar aan de Radboud Universiteit en leider van de Nederlandse Nikhef groep in het DZero-experiment in Chicago. ‘Hoewel we niet honderd procent zeker kunnen zijn, is er een duidelijke hint en ook een eerste directe massameting. Het is nu verder aan de LHC.’
Overmorgen (4 juli 9:00) zijn er lezingen en een persconferentie op CERN, waar de nieuwste LHC- resultaten van het higgsdeeltje bekend gemaakt zullen worden.
Belangrijke Radboud- en Nikhef-bijdrage
De hoge-energiefysici van de Radboud Universiteit Nijmegen en het Nikhef waren nauw betrokken bij het ontwikkelen van de methoden om ook de laatste beetjes informatie uit de 500 biljoen botsingen te persen die sinds maart 2001 zijn opgenomen. Vorige week promoveerde nog Melvin Meijer op een deelresultaat. ‘Mooi om te zien dat wij als Nederlandse groep de juiste keuzes hebben gemaakt om aan het higgsverval in b-quarks bij het DZero experiment te werken,’ zei Frank Filthaut, de onderzoeker van de Radboud Universiteit en Nikhef die een belangrijke rol speelt in het herkennen van de b-quarks bij DZero en inmiddels ook bij het ATLAS-experiment bij de LHC naar het higgsdeeltje zoekt. ‘De resultaten van vandaag en de metingen van de LHC vullen elkaar perfect aan en helpen ons zo om een compleet beeld te krijgen.’
Weer preciezere aanwijzingen
De laatste Tevatronresultaten verfijnen de eerdere resultaten van de higgszoektocht die in maart 2012 werden gepresenteerd. Tevatronfysici bepaalden dat er alleen maar een kans van 1-op-550 (of 2,9 sigma) is dat het geobserveerde higgssignaal in de gecombineerde CDF- en Dzero-data in het b-quark-verval een statistische fluctuatie is. Het Tevatronresultaat laat zien dat als het higgsdeeltje bestaat, het een massa heeft van 125±7 GeV/c2, ongeveer 130 maal de massa van het proton. ‘We weten precies welk signaal we zoeken in onze data, en we zien sterke indicaties voor de productie en het verval van higgsbosonen naar paren van b-quarks, een cruciale meting die moeilijk bij de LHC is te doen,’ zei DZero-woordvoerder Gregorio Bernardi, fysicus bij het LPNHE, in Parijs. ‘We zijn hier buitengewoon opgewonden over.’
Meting Tevatron belangrijke aanvulling op LHC
Het zoeken naar het higgsdeeltje bij het Tevatron concentreert zich op een andere vervalsproducten dan de zoektocht bij de LHC. Volgens de theorie bekend als het Standaardmodel kunnen higgsdeeltjes op verschillende manieren vervallen. Net zoals een verkoopautomaat wisselgeld in verschillende combinaties van munten terug kan geven, kunnen higgsdeeltjes in verschillende combinaties van andere deeltjes vervallen. Bij de LHC kunnen de experimenten het verval van higgsdeeltjes in fotonen en Z-deeltjes het makkelijkst zien. Bij het Tevatron kan higgsverval in paren van b-quarks het makkelijkst worden gezien. Om zeker te zijn dat het om een higgsdeeltje gaat is het essentieel meerdere kanalen te meten.
‘We hebben een cruciale stap gezet in de zoektocht naar het higgsdeeltje,’ zei Dmitri Denisov, Dzero- woordvoerder en fysicus op Fermilab. ‘Terwijl 5-sigma nodig is voor een ontdekking, lijkt het onwaarschijnlijk dat het in Tevatron gemeten signaal een higgs look-a-like is. Niemand verwachtte dat het Tevatron zo ver zou komen toen het in de jaren 80 van de vorige eeuw werd gebouwd.’
Higgs: wat geeft massa?
Het higgsdeeltje is genoemd naar de Schotse fysicus Peter Higgs, die samen met andere fysici in de jaren 1960 het theoretisch model heeft helpen ontwikkelen dat verklaart waarom sommige deeltjes massa hebben en anderen niet, een grote stap vooruit in het verklaren van massa. In 1972 pasten de Nederlandse fysici Gerard ’t Hooft en Martinus Veltman het higgsmechanisme in het Standaardmodel. Dit stelde fysici later in staat om precieze voorspellingen te doen over de massa van bijvoorbeeld het toen nog onontdekte top-quark, een voorspelling die bij de ontdekking van dit quark in 1995 bij het Tevatron werd bevestigd. In 1999 kregen ’t Hooft en Veltman hiervoor de Nobelprijs. Het higgsmechanisme voorspelt het bestaan van het higgsdeeltje, dat experimentele waarneming tot nog toe heeft ontlopen. Alleen hoge-energiedeeltjesbotsers, zoals het in september 2011 gesloten Tevatron en de Large Hadron Collider, die sinds november 2009 botsingen produceert, hebben een kans om het higgsdeeltje te maken.
Links:
De wetenschappelijke publicatie
Meer Tevatronmateriaal over het onderzoek, zoals foto’s, grafieken en een fact sheet
Fermilabs website Twitter via @FermilabToday.
De CDF-instituten
De DZero-instituten
CDF is een internationaal experiment van 430 fysici van 58 instituten uit 15 landen.
DZero is een internationaal experiment van 446 fysici van 82 instituten uit 18 landen.
CDF en DZero worden gefinancierd door het DOE Office of Science, de U.S. National Science Foundation, en een aantal internationale organisaties.
De Nederlandse deelname in het DZero experiment wordt gecoördineerd door het Nederlands instituut voor subatomaire fysica, Nikhef. Dit is een samenwerkingsverband van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), de Radboud Universiteit Nijmegen, de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Utrecht en de Vrije Universiteit Amsterdam.