Stel je voor: je zoekt een specifieke speld in een hooiberg die zo groot is als heel Nederland. Dat is ongeveer de schaal van het doel dat natuurkundigen bij CERN zichzelf gesteld hebben, en ze zijn dichterbij dan ooit. Er zijn sterke aanwijzingen dat de beroemde Higgs-deeltje – dat we kennen als de 'gewichtgever' van de materie – op een extreem zeldzame manier uit elkaar valt: in twee muonen.
Dit klinkt misschien als iets uit een obscure sciencefictionfilm, maar waarom is dit zo cruciaal? Simpel: dit zou bevestigen hoe Higgs omgaat met de écht lichte deeltjes. En dat is een puzzelstukje dat, als we het hebben, ons begrip van het hele Standaardmodel naar een hoger niveau tilt. Laten we eens kijken wat de nieuwste metingen van de ATLAS-detector ons nu al vertellen.
Het mysterie van het 'zijspoor' van het Higgs-veld
Het Standaardmodel van de deeltjesfysica is ons huidige beste boek over hoe het universum op het kleinste niveau werkt. Het voorspelt dat het Higgs-veld massa geeft aan elementaire deeltjes. Denk aan het veld als een soort onzichtbare stroperige lucht. Hoe sterker een deeltje erdoorheen 'worstelt', hoe zwaarder het wordt.
We wisten al dat Higgs koppelt aan de zwaargewichten, zoals de topquark of de tau-lepton. Dat ging relatief makkelijk; die deeltjes zijn zwaar en hun signaal steekt er met kop en schouders bovenuit in de data.
Maar de echte uitdaging ligt bij de lichtere broertjes.
Waarom muonen de sleutel zijn, maar zo moeilijk te vangen
Muonen zijn zwaarder dan elektronen – zo’n 200 keer – maar in de wereld van de kernfysica zijn ze nog steeds relatief licht. Hun interactie met het Higgs-veld is daardoor veel zwakker. Het is alsof je probeert een heel zacht gefluister op te pikken tijdens een voetbalwedstrijd.
Wat de wetenschappers nu gedaan hebben, is de data van verschillende onderzoekscampagnes bundelen. Zij hebben een statistische significantie van 3,4 sigma bereikt. Dit is een flinke stap richting de beroemde 5 sigma grens, de gouden standaard om iets officieel als 'ontdekt' te markeren.
In mijn praktijk als analist van dit soort data, zie ik dit als een extreem veelbelovend teken. We komen dichterbij.
De 'onzichtbare' mechanismen die massa bepalen
Het is fascinerend dat dit alles neerkomt op interactie. Deeltjes die niet interageren met het Higgs-veld – zoals fotonen (lichtdeeltjes) – blijven massaloos. Zij suizen er dwars doorheen, zonder weerstand.
De observatie van de Higgs-val naar muonen zou dus een direct bewijs leveren dat het veld ook de lichte, maar toch aanwezige, massa van deeltjes in de tweede generatie correct modelleert. Hier is wat je moet onthouden over hoe dit werkt:
- Zwaartekracht vs. Massa: Dit gaat over massa van deeltjes, niet over de zwaartekracht die je op aarde voelt. Twee verschillende natuurkundige werelden.
- De CMS-meting: De andere grote detector bij CERN, CMS, kwam eerder al met een signaal van 3,0 sigma. De combinatie van beide resultaten versterkt het signaal enorm.
- Het 'stof' van het universum: Om dit signaal te isoleren, moeten ze miljarden botsingen filteren. Dit is alsof je de precieze luchtstroom van één rokende sigaret wilt meten in een stad als Rotterdam op een stormachtige dag.
Wat nu? De jacht op de 'Nieuwe Fysica'
Vooralsnog houden de data het Standaardmodel strak in het zadel. Alles klopt, en dat is geruststellend, maar ook een beetje saai.
Fysici dromen stiekem van de 'Nieuwe Fysica' – een afwijking in de voorspellingen die zou wijzen op iets veel groters, zoals de mysterieuze donkere materie. Een afwijking in de Higgs-val naar muonen zou zo’n eerste scheurtje kunnen zijn.
De volgende meetcampagnes van ATLAS en CMS zullen cruciaal zijn. Zij moeten de ruis zo ver terugbrengen dat die 5 sigma zichtbaar wordt. Denk aan het upgraden van je oude mobiele telefoon: je hebt nu een prima toestel, maar je wacht op een update die de batterij ineens drie dagen laat meegaan.
Uiteindelijk bevestigen deze resultaten van CERN dat we de basisprincipes van onze realiteit verrassend goed begrijpen. Maar tegelijkertijd houden ze ons scherp, omdat we weten dat er nog veel grotere geheimen wachten om ontrafeld te worden, véél complexer dan die lichte muonen.
Wat denk jij, zal het Standaardmodel standhouden, of gaan we binnen nu en tien jaar écht bewijs vinden voor deeltjes die we nu nog niet eens kunnen dromen?
