13 december zou een grote dag worden voor de natuurkunde. Al dagenlang hadden geruchten de ronde gedaan dat onderzoekers van CERN in Zwitserland konden melden dat ze het Higgs-deeltje gevonden hadden. De persconferentie werd rechtstreeks op internet uitgezonden en natuurkundigen van over de hele wereld hielden hun adem in.

Er waren ook inderdaad nieuwe resultaten, maar de natuurkundigen waren niet zo zeker van hun zaak dat ze durfden te beweren dat Higgs gevonden was. Ze hadden metingen van verval gedaan die erop zouden kunnen wijzen dat het Higgs-deeltje eventjes bestaan had. Maar er was veel te weinig onderzoeksmateriaal om van een ontdekking te kunnen spreken. De kans dat de metingen op toeval berusten is nog steeds zo'n 5%. Voor een echte ontdekking mag deze kans maximaal 0,0006% zijn, en daar zijn veel meer metingen voor nodig. Voor het einde van 2012 verwacht CERN deze metingen te kunnen doen.

Het goede nieuws is dat de metingen erop wijzen dat het Higgs-deeltje de verwachte massa van rond 140 keer de massa van een proton heeft.

Daarom is Higgs belangrijk

Het vinden van het Higgs-deeltje is op dit moment het belangrijkste doel voor natuurkundigen, omdat het een ontbrekende schakel is in ons natuurkundige wereldbeeld. Het Higgs-deeltje zorgt er namelijk voor dat deeltjes massa hebben. Zonder Higgs zouden alle deeltjes massaloos zijn en er net als fotonen met de lichtsnelheid vandoor gaan. Dan zouden er geen atomen, sterren en planeten gevormd worden.

Er is een gigantisch meetinstrument als ATLAS voor nodig om het Higgs-deeltje op te sporen. Bron: CERN.

Eigenlijk had Newton het makkelijk toen hij meer dan 300 jaar geleden zijn zwaartekrachtwet formuleerde. Massa was gewoon iets wat bestond en niet uitgelegd hoefde te worden. Maar later maakte de kwantummechanica korte metten met dit simpele beeld. We weten dat de kwantummechanica er is, en daarom wordt hij zeer serieus genomen.

Volgens de kwantummechanica kun je niet gewoon massa invoeren - alle deeltjes ontstaan massaloos. Het idee is dat er een veld bestaat, het Higgs-veld, dat als een soort stroop werkt waar de deeltjes doorheen moeten. Als de deeltjes in het Higgs-veld zitten, is er zo veel weerstand tegen hun beweging dat ze zich niet met de lichtsnelheid kunnen voortbewegen, maar zich als deeltjes met massa gaan gedragen.

De twee gezichten van het veld

De natuur is zo gecompliceerd dat we daar met onze dagelijkse begrippen niet bij kunnen. We maken een onderscheid tussen massa en energie, maar de natuur doet dat anders. Normaal is het Higgs-veld onzichtbaar, maar onder de juiste omstandigheden kan het tevoorschijn komen als een zwaar deeltje met een ultrakorte levensduur: het beroemde Higgs-deeltje.

Zo ziet de detector (blauw) de botsing. Deeltjes (geel) en fotonen (rood) schieten alle kanten op, en in deze wirwar moeten de wetenschappers op zoek naar de sporen van Higgs. Bron: CERN.

Voor de juiste omstandigheden is de 27 kilometer lange versneller van CERN nodig. Als protonen hier met bijna de lichtsnelheid op elkaar botsen, komt er zo veel energie vrij dat het Higgs-deeltje uit zijn onzichtbare veld kan komen, zodat we het gedurende zeer korte tijd kunnen waarnemen. De levensduur is zo kort dat het al vervallen is voordat het de grote versneller van CERN kan verlaten, dus men zoekt eigenlijk naar de sporen van Higgs. Het is dus niet zo verwonderlijk dat dit onderzoek veel tijd kost.

Daarom hebben wij een gewicht

Er zitten geen Higgs-deeltjes in ons lichaam als we op de weegschaal staan. Maar het Higgs-veld is er, en de verbinding met dit veld geeft al onze atomen een massa. Veel mensen zouden het waarschijnlijk prettig vinden als onze atomen iets minder aan het veld verbonden waren, zodat we minder zouden wegen.

Helaas is dat niet het geval, maar we wensen onze lezers desondanks prettige feestdagen. Wij komen aan het begin van het nieuwe jaar terug.