Het higgsboson voldoet aan de natuurwetten van het Standaardmodel door te vervallen tot twee quarkdeeltjes, zo is met metingen van de LHC-deeltjesversneller aangetoond. Dit nieuwe resultaat werd gisteren in Genève gepresenteerd.

De natuurkunde hoeft voorlopig niet  te worden herschreven. Het Standaardmodel van de deeltjesfysica blijkt nog steeds te kloppen.

Het Standaardmodel. Illustratie Depositphoto.


Zoals dat model uitging van het higgsdeeltje, waarvan het bestaan in 2012 met de deeltjesversneller werd aangetoond, zo gaat het model er ook van uit dat dit deeltje met een ultrakorte levensduur van 10-22 s vooral vervalt tot een paar van materie- en antimaterie-bottomquarks. Dat laatste is nu met een nieuwe analyse van bestaande en nieuwe metingen aan de deeltjesversneller met voldoende zekerheid aangetoond. Dit resultaat werd gisteren tijdens een seminar bij de deeltjesversneller LHC gepresenteerd.


Verloren in de grote massa

Dat dit specifieke verval niet eerder werd geconstateerd, heeft ermee te maken dat het heel lastig is aan te tonen dat gevonden bottomquarks van het higgsdeeltje afkomstig zijn. Bij het op elkaar botsen van versnelde protonen ontstaan langs andere weg namelijk heel veel meer van die bottomquarks dan van alleen het higgsverval: de 'higgs-quarks' gaan min of meer verloren in de grote massa.

Het aantonen van het bestaan van het higgsdeeltje – rechtstreeks waarnemen ervan is vanwege zijn korte levensduur vooralsnog onmogelijk – gebeurde dan ook via andere vervalproducten. Het higgsdeeltje vervalt volgens berekeningen voor 58 % naar bottomquarks, voor 21 % naar W-bosonen, voor 6 % naar Z-bosonen, voor 2,6 % naar taudeeltjes, voor 0,2 % naar fotonen en voor de rest naar een reeks andere exotische deeltjes. Het bestaan van het higgsdeeltje werd in 2012 aangetoond door te kijken naar fotonen en W- en Z-bosonen.


Andere botsingsreactie biedt uitkomst

Bij hun zoektocht naar het higgsverval tot een paar bottomquarks concentreerden de onderzoekers bij de deeltjesversneller zich tot een botsingsreactie die naast het higgsdeeltje vooral W- en Z-bosonen produceert en verder nauwelijks bottomquarks. Die botsingsreactie doet zich weliswaar veel minder voor dan die waarbij grote hoeveelheid bottomquarks ontstaan, maar blijkt toch goed te onderscheiden dankzij de meetgegevens van de grote detectoren van de deeltjesversneller. Ook de herkomst van de W- en Z-bosonen is bij deze botsingsreactie goed te traceren.

De analyse van al bestaande en nieuwe metingen leverde uiteindelijk het bewijs. Daaruit blijkt dat het higgsdeeltje niet alleen naar dat paar bottomquarks vervalt, maar dat de mate waarin dat gebeurt ook overeenkomt met theoretische voorspellingen.


Onderhoudsbeurt

De metingen bij de deeltjesversneller van het CERN gaan door tot december. Dan wordt het apparaat voor twee jaar stilgelegd om een grondige onderhoudsbeurt en opwaardering te ondergaan. Het is de bedoeling de intensiteit waarmee de versnelde protonenbundels op elkaar botsen flink te verhogen, zodat er meer meetgegevens beschikbaar komen. Die zijn vooral nodig voor het bestuderen van zeldzame botsingsreacties. De versneller zou vanaf het voorjaar van 2021 weer aan het werk gaan.
 

Het Standaardmodel van de deeltjesfysica

Het Standaardmodel beschrijft drie van de vier fundamentele krachten in de natuur (elektromagnetische, sterke (houdt kerndeeltjes bij elkaar) en zwakke (veroorzaakt radioactief verval); de zwaartekracht ontbreekt), en alle bekende elementaire deeltjes waaruit materie is opgebouwd.

Drie quarks bij elkaar vormend de bekende bouwstenen van een atoomkern en hebben te maken met sterke krachten: het proton en het neutron. De quarks kunnen ook andere combinaties aangaan die leiden tot andere deeltjes. Van de leptonen zijn de elektronen de bekendste; tot deze groep behoren ook de neutrino’s, de muonen en de tau-deeltjes. De leptonen zijn onderworpen aan zwakke krachten. Quarks en leptonen doen zich voor in twee gedaanten: als deeltje en als antideeltje.

De bosonen zijn de deeltjes van krachtvelden. Gluonen voor de sterkte krachten tussen de quarks, W- en Z-bosonen voor de zwakke kracht en fotonen voor het elektomagnetische veld.

Het higgsdeeltje is later toegevoegd om deeltjes in het model ook massa te kunnen geven.


Openingsbeeld: protonen botsen op elkaar in de ATLAS-detector van de deeltjesversneller LHC in Genève. Illustratie: CERN.