ATLAS: higgsdeeltje bepaalt speelveld nieuwe natuurkunde

26 - 03 - 2018


In maart trekt jaarlijks een stoet deeltjesfysici de Italiaanse bergen in, met in hun bagage het nieuwste onderzoek. De ATLAS-groep presenteerde resultaten over het higgsdeeltje op de Moriond-conferentie. “Belangrijke, maar moeilijke metingen”, zo omschrijft Pamela Ferrari, hoofd van Nikhefs higgsgroep, een nieuw onderzoek naar het verval van het higgsdeeltje. Nikhef was betrokken bij de analyses.

De vondst van het higgsdeeltje in 2012 op CERN is alweer zes jaar geleden. Maar met de ontdekking van het deeltje was het verhaal niet klaar: nu wilden de natuurkundigen ook zijn eigenschappen beter leren kennen. Het nieuwste lid van de deeltjesfamilie is de afgelopen jaren daarom onderworpen aan allerlei vervolgonderzoek. Op de deeltjesconferentie Rencontres de Moriond, van 10 tot 24 maart 2018 in Italië, werden de laatste bevindingen gepresenteerd.

Zo is het higgsdeeltje nauwkeuriger gewogen. Door de upgrade van de deeltjesversneller LHC beschikken de natuurkundigen over meer metingen dan ooit tevoren. “Het resultaat van de metingen van de higgsmassa in het CMS-experiment alleen is al nauwkeuriger dan destijds de resultaten van het CMS- en ATLAS-experiment samen”, benadrukt Ferrari. De ATLAS-groep kwam uit op een massa van 124.98 ± 0.28 GeV, de CMS-groep vond 125.26 ± 0.21 GeV.

Ander onderzoek ging over het verval van het higgsdeeltje. De higgsdeeltjes die bij botsingen in de deeltjesversneller LHC ontstaan, zijn instabiel – na verloop van tijd ‘vervallen’ ze in andere deeltjes. Het zijn die vervaldeeltjes die de natuurkundigen met de ATLAS- en CMS-detectoren opvangen. Nu kan het higgsdeeltje op verschillende manieren vervallen, in verschillende deeltjes. Dit noemen natuurkundigen ‘vervalkanalen’, en deze vervalkanalen zijn de afgelopen jaren met grote aandacht onderzocht. De achterliggende vraag is steeds of de higgsdeeltjes zich ‘netjes’ gedragen – netjes zoals het standaardmodel voorschrijft, of dat er afwijkingen zijn. Het standaardmodel beschrijft alle deeltjes en hun onderlinge relaties, maar fysici denken dat het standaardmodel niet het hele verhaal is. Zij zijn op zoek naar ‘nieuwe natuurkunde’, deeltjes of krachten die niet door het standaardmodel worden beschreven.

Hooguit kleine afwijking standaardmodel
Tijdens de Moriond-conferentie werden voor het eerst ATLAS-resultaten gepresenteerd van het verval van het higgsdeeltje in twee zogeheten W-bosonen. “Een belangrijk verval, maar de metingen zijn moeilijk”, vertelt Ferrari. “Gelukkig is het ons gelukt goede resultaten te krijgen. We hebben hard gewerkt om het signaal goed te kunnen onderscheiden van de achtergrond.” Metingen aan het verval van het higgsdeeltje vertellen de natuurkundigen meer over de koppeling van het higgsdeeltje met andere elementaire deeltjes. Het standaardmodel doet hier voorspellingen over, maar er zijn andere modellen die nét andere verwachtingen geven. “We naderen nu de precisie dat we onderscheid kunnen gaan maken tussen het standaardmodel en de alternatieve modellen”, legt Ferrari uit. De natuurkundigen zien nu in ieder geval geen grote afwijking van het standaardmodel. Ferrari: “Als er afwijkingen zijn, dan zijn ze klein. Zo trekken we een duidelijke buitengrens voor het speelveld van de theoretici.”

Meer informatie
Nieuwsbericht CERN: higgsmetingen van ATLAS en CMS
Nieuwsbericht: LHCb-resultaten op Moriond
Nieuwsbericht: Moriond-conferentie 2018

Beeld CERN: ATLAS-detector