Higgsdeeltje ‘doet het ook’ met topzware topquarks

Het beroemde higgsdeeltje heeft innig contact met de zwaarste bouwstenen uit het standaardmodel van de deeltjesfysica: topquarks. Dat blijkt uit metingen van de Cern-detectoren CMS en ATLAS in Genève.

CMS-detector
CMS-detector van de LHC bij Cern in Genève.

Het bestaan van het higgsdeeltje (of higgsboson), dat ervoor zorgt dat materie massa krijgt, werd in de jaren 60 voorspeld. In juli 2012 werd bekendgemaakt dat het deeltje was gevonden. Maar met de ontdekking waren niet alle geheimen van het higgsdeeltje opgelost. Door de koppelingen met andere deeltjes te bestuderen, hopen onderzoekers meer te leren over dit deeltje.

‘Het is voor het eerst dat we de productie van een higgsdeeltje tegelijkertijd zien met topquarks’, zegt hoogleraar deeltjesfysica Freya Blekman van de Vrije Universiteit Brussel en CMS. ‘We weten nu dat higgsdeeltjes het ook doen met superzware topquarks.’

Materiedeeltjes en krachtdeeltjes

Het higgsdeeltje was het laatste ontbrekende puzzelstukje uit het standaardmodel, dat de elementaire deeltjes en hun onderlinge krachten beschrijft. Het deeltje werd ontdekt in de Large Hadron Collider (LHC). Daar ontstaat het als protonen op elkaar knallen nadat ze versneld zijn tot bijna de lichtsnelheid.

In deze energierijke botsingen werd het higgsdeeltje gezien terwijl het verviel naar krachtdeeltjes zoals W- en Z-bosonen en fotonen, zegt Nikhef-onderzoeker Tristan du Pree die bij ATLAS werkt. ‘Het was toen nog niet zeker dat het ook koppelt aan fermionen, de deeltjes waar de materie om ons heen uit bestaat. Er waren wel al indirecte hints dat dit gebeurt. Maar nu hebben we ook direct bewijs. Dat is superbelangrijk nieuws!’

Topzware topquarks

Visualisatie van een botsing waarbij een higgsdeeltje en topquarks geproduceerd werden. Hierbij ontstaan twee fotonen (lichtdeeltjes) die als groene strepen weergegeven zijn, en zes zogenoemde jets (de gele en blauwe kegelvormen). Bron: ATLAS Collaboration/CERN

Topquarks zijn de zwaarste elementaire deeltjes uit het standaardmodel. Ze lijken op up- en downquarks, de bouwstenen van de protonen en neutronen uit atoomkernen. Maar ze zijn 30.000 tot 70.000 keer zwaarder.

Higgsdeeltjes houden van massa, dus ze koppelen graag aan zware deeltjes. Toch was de koppeling met topquarks extreem lastig om te meten. Doordat topquarks zwaarder zijn dan higgsdeeltjes, worden ze niet vaak tegelijkertijd geproduceerd. Bovendien is het signaal dat ze in de CMS- en ATLAS-detector achterlaten lastig te onderscheiden van andere deeltjes die tijdens de botsingen in de LHC ontstaan. Dankzij geavanceerde analysemethoden is het de onderzoekers toch gelukt om het signaal van het higgsdeeltje met topquarks te meten.

LEESTIP: Alles over het allerkleinste in de New Scientist-special Deeltjes! €8,50. Bestel in onze webshop

Er zijn nog meer metingen nodig om grote uitspraken te doen. Maar de eerste resultaten lijken erop te wijzen dat het higgsdeeltje zich gedraagt zoals het standaardmodel voorspelt. De komende jaren gaan de onderzoekers op zoek naar de koppeling van higgs met andere deeltjes. ‘Elke keer testen we weer iets nieuws en hopelijk leren we zo meer over de gekke eigenschappen van higgs en het standaardmodel’, zegt Du Pree.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

1 Reactie

  • J.J. van der Bij

    | Beantwoorden

    Ja, het is natuurlijk leuk, dat wij de Higgs samen met topquark paren
    geproduceerd zien. Maar dat de Higgs aan het top-quark koppelt
    was natuurlijk al bekend van de productie cross-sectie.
    Die geeft noch altijd de beste meting van de koppelings-sterkte.

Plaats een reactie