Higgsdeeltjes in de sneeuw

Tijdens de winterstop van de LHC neemt Tristan du Pree de tijd om bij te babbelen met zijn vakbroeders en -zusters uit hoge-energiefysica – en om even op de lange latten te staan.

In ski-outfit naar presentaties gaan is niet ongebruikelijk op Moriond.

Al ruim een halve eeuw komen natuurkundigen jaarlijks samen op de conferentie Moriond. Daar presenteren ze de meest recente resultaten in de hoge-energiefysica en bediscussiëren de nieuwste theorieën.

Vanaf het CERN in Genève rijd je twee uur door Zwitserland, Frankrijk, en de Mont Blanc-tunnel, om uiteindelijk aan te komen in de Aosta-vallei, aan de Italiaanse kant van de Alpen. De Moriond-conferentie vindt plaats bij een skiresort: het dagelijkse programma duurt van half negen ’s ochtends tot half negen ’s avonds, maar tussendoor is er gelukkig ook de tijd om te skiën. Het is dus niet ongebruikelijk dat mensen ‘s middags direct in skipak van de piste komen om naar de presentaties te luisteren.

Deze bijeenkomst vindt traditioneel eind maart plaats, omdat de deeltjesfysici tijdens de jaarlijkse winterstop van de LHC-versneller de tijd hebben gehad om de data van het voorgaande jaar te analyseren. En ook dit jaar waren er weer veel nieuwe resultaten met de grote hoeveelheid data die van de lente tot de herfst van 2016 verzameld was. Ondanks moderne communicatiemiddelen als e-mail, Skype en videoconferenties, gaat er toch niks boven het persoonlijk bediscussiëren van kersverse resultaten in een bomvol zaaltje.

Eerste dag van Moriond. Foto: C. Adam-Bourdarios/ATLAS Collaboration
Bijgepraat worden in een bomvol zaaltje gaat boven skypen. Foto: C. Adam-Bourdarios / ATLAS

Een van de hoogtepunten was het nieuwste resultaat van CMS (mijn vorige experiment) in de studie van het verval van het higgsboson naar twee Z-bosonen. Je ziet de massa-verdeling in de figuur hieronder: het signaalproces is roodgekleurd, terwijl de overige bekende processen blauw-groen gekleurd zijn. Over de hele distributie komt de data perfect overeen met de theoretische voorspelling, inclusief het signaal. De rode piek komt overeen met de productie van tientallen higgsbosonen.

Massaverdeling van de studie van het verval van het higgsboson naar twee Z-bosonen. Bron: CMS

Vage hints van een nieuw deeltje

De auteur (links), en andere fysici, tijdens de skipauze op de Moriond-conferentie in 2012.

In 2012 – toen ik zelf mijn eerste skilessen op de Moriond-conferentie had – werden de resultaten bekendgemaakt die later tot de definitieve ontdekking van het higgsboson zouden leiden: er waren toen vroege, vage hints van een mogelijk nieuw deeltje. Het is geweldig dat we nu, vijf jaar later, al zulke nauwkeurige studies kunnen doen met dit nieuwe deeltje.

Een ander hoogtepunt was het nieuwste resultaat van ATLAS (mijn huidige experiment) in de zoektocht van het verval van het higgsboson naar twee muondeeltjes. Je ziet de massaverdeling in de figuur hieronder: een signaalvoorspelling is weer in het rood en de verwachte achtergrond in het blauw. Voor dit verval zien we echter nog geen signaal: op wat statistisch niet-significante fluctuaties van de data na, volgt het achtergrondmodel perfect de data.

Massaverdeling van de zoektocht naar het verval van het Higgs-boson naar twee muon-deeltjes. Bron: ATLAS

Dit wordt een van de grote uitdagingen van de komende jaren: bestuderen of het higgsverval naar bosonen (zoals het Z-boson) en de fermionen (zoals het muondeeltje) allebei volgens verwachting gebeuren, of dat er wellicht afwijkingen zijn. Hier zal ik mij tijdens mijn onderzoek ook op richten, en daarvoor heb ik dan ook zojuist posities voor geadverteerd: ik zoek één postdoc en twee PhD-studenten.

We weten al dat er fundamentele verschillen zijn tussen bosonen en fermionen, de komende jaren gaan we er nog meer over leren!

Meer lezen? Er zijn ook (Engelstalige) verslagen van de Moriond-conferentie gericht op de ATLAS-metingen, nieuwe theorieën, en een recent besloten weddenschap over het bestaan van supersymmetrie.

Bronnen

CMS H->ZZ originele plot | CMS H->ZZ analyse | ATLAS H->mumu analyse | ATLAS H->mumu plot | Forbes (Fermion vs Boson)ATLAS moriond Guardian (Clockwork Theory) | TRF (Weddenschap) |

3 Reacties

  • J.B. Aalberts

    | Beantwoorden

    Stel: er bestaan imaginaire deeltjes met afmeting nagenoeg nul en met een nagenoeg oneindige snelheid. De massa is extreem groot vanwege een snelheid nagenoeg oneindig maal het licht. De deeltjes verplaatsen zich in alle richtingen in het heelal. Vanuit deze stelling zou elk van de vier krachten in de natuur verklaart kunnen worden als het gevolg van de door deze deeltjes afgegeven impuls op de fysieke deeltjes. Zwaartekracht is dan geen aantrekkingskracht maar duwkracht vanwege impulsvacuum tussen twee massa’s. Ook zou het effect van deze deeltjes een link naar het Higgsdeeltje zijn. Misschien is het Higgs deeltje geen onderdeel van de materie maar slechts een passant, of gevolg van een deeljesbotsing met fysieke deeltjes, waarbij het imaginaire deeltje zelf verdwijnt. Mijn veronderstelling is o.a. gebaseerd op het feit dat een groot deel van de aanwezige energie in het heelal niet verklaard kan worden. Het verondersteldel energieveld zou ook het transportmedium voor licht en elke andere vorm van straling kunnen zijn. Ir J.B. Aalberts c.i.

  • David Bartenstein

    | Beantwoorden

    Meneer of mevrouw Aalberts, ziet u deze deeltjes dan als ‘alomtegenwoordig’? Dat ze in onmetelijke aantallen voortdurend overal doorheen schieten? En hoe denkt u dat deeltjes met een dergelijke massa en snelheid zich zouden gedragen zodra ze binnen de invloedssfeer van een hemellichaam (of ook minder zware materie zoals ons menselijk lichaam) zouden komen? Als zulke deeltjes bestaan zouden ze dan met een dergelijke massa en snelheid niet overal doorheen schieten? Dan zou er toch geen impuls vacuüm ontstaan? Zouden er dan niet als enige interactie tussen de materie en deze deeltjes voortdurend splijtingen plaatsvinden van andere lichtere deeltjes? Het energieveld dat deze deeltjes met zich meebrengen zou in uw stelling het transportmedium kunnen zijn van licht en straling, maar ik vraag me af in hoeverre het mogelijk is dat iets dat zo snel beweegt (nagenoeg oneindig maal de snelheid van het licht heeft u het over) in staat is om een vele malen langzamere beweging op een ander materiaal over te brengen? Kunt u mij daar iets over vertellen? Wat zou de omwentelingssnelheid van zo’n deeltje zijn?
    Vriendelijke groet,
    David Bartenstein

  • J.B. Aalberts

    | Beantwoorden

    Geachte heer Bartenstein, bedankt voor uw reactie. In mijn bericht was het uitgangspunt dat er hoge snelheidsdeeltjes bestaan met een zekere hoeveelheid impuls (m.v) Ook zou verondersteld kunnen worden dat een deel van die impuls bij het passeren wordt afgegeven aan fysieke deeltjes binnen het atoom, waardoor er een kracht wordt uitgeoefend op dat deeltje. Als niet deskundige volger van diverse publicaties op uw. vakgebied verbaas ik me er over dat de krachtwerking in een atoom niet verklaard wordt door invloed van buiten af. Naar mijn inzicht kan men daar op den duur niet meer omheen. Ik wil behalve krachtsuitoefening op materie niet speculeren over verdere eigenschappen van de veronderstelde deeltjes om ons heen en hun gedetailleerden interactie met bekende materie. Erg interessant lijkt mij om eens te kijken naar de universele gravitatieconstante. Als twee massa’ s elkaar aan zouden trekken zou die constante geen rol moeten spelen. Worden de massa’s van buiten af in elkaars richting geduwd, dan lijkt mij de rol van die constante wat logischer. Ik hoop nog eens op een wetenschappelijk verantwoorde publicatie waarin wordt aangetoond waar zwaartekracht door ontstaat. Vooralsnog zie ik het verschijnsel m.b.t. het aardoppervlak als het verschil in deeljesimpuls tussen boven en onder.
    Met vriendelijke groet,
    Jaap Aalberts

Plaats een reactie