En ja, dat is groot nieuws!

Met behulp van de ATLAS- en CMS-detectoren in de machtige deeltjesversneller Large Hadron Collider hebben onderzoekers voor het eerst de interactie tussen een higgsdeeltje en een topquark waargenomen. Het is een zeer belangrijke observatie die meer inzicht geeft in de kenmerken van het nog vrij mysterieuze higgsdeeltje dat alle fundamentele deeltjes van massa voorziet.

Quarks
Onderzoekers voorspellen al jaren dat er een elementair deeltje is dat alle andere deeltjes van massa voorziet. En in 2012 werd het ontdekt: het higgsdeeltje. En sindsdien doen onderzoekers intensief onderzoek naar dit deeltje, in de hoop zo meer te weten te komen over de oorsprong van massa. Daarbij wordt met name gekeken naar de interactie tussen het higgsdeeltje en andere subatomaire deeltjes (dat zijn deeltjes die veel kleiner zijn dan atomen). Je moet dan bijvoorbeeld denken aan quarks. Quarks zijn er in verschillende varianten. De zwaarste quark wordt een topquark genoemd. En aangenomen wordt dat dit subatomaire deeltje – omdat het zo zwaar is – het sterkst de interactie aangaat met het higgsdeeltje.

Massa
Maar bewijs daarvoor ontbrak. Tot nu. “Deze metingen (…) wijzen er sterk op dat het higgsdeeltje een belangrijke rol speelt in de grote massa van de topquark,” aldus Karl Jakobs, woordvoerder van ATLAS. “Hoewel dit zeker een belangrijke eigenschap is van het Standaardmodel (een serie voorspellingen gebaseerd op de natuurkundige processen die we doorgronden, red.) is het voor het eerst dat dit experimenteel met een overweldigende significantie is aangetoond.”

Wat hebben de onderzoekers precies gezien?
De onderzoekers zijn getuige geweest van een zeer zeldzame gebeurtenis die ze ook wel ttH-productie noemen. Hierbij wordt het higgsdeeltje samen met een topquark en anti-topquark – het antideeltje van een topquark – geproduceerd. Naar schatting komt slechts 1 procent van de higgsdeeltjes op deze manier tot stand. Overigens houden de geproduceerde deeltjes maar even stand: de twee quarks vernietigen elkaar snel en het higgsdeeltje valt snel uiteen in andere subatomaire deeltjes. Dat maakte het ook zo lastig om een ttH-productie te detecteren.

Standaardmodel
De ontdekking geeft meer inzicht in de eigenschappen van het higgsdeeltje. Maar dat niet alleen. De observaties stellen onderzoekers namelijk ook in staat om de voorspellingen die ze in het Standaardmodel doen, te toetsen en dus vast te stellen in hoeverre dat Standaardmodel klopt en waar het eventueel nog moet worden aangevuld (bijvoorbeeld omdat er natuurkundige processen zijn die we niet hadden voorzien). “Wanneer ATLAS en CMS in november 2018 klaar zijn met het verzamelen van data, hebben we genoeg observaties om de Standaardmodel-voorspellingen voor ttH (zie kader hierboven) te toetsen en te zien of er een aanwijzing is voor iets nieuws,” aldus Joel Butler, namens CMS.

Of het Standaardmodel in zijn huidige vorm nu stand houdt of niet; deze observatie is heel belangrijk. “Het is heel prettig om even op te kijken en je te realiseren dat we een fundamentele bijdrage hebben geleverd aan ons begrip van de oorsprong van massa,” aldus onderzoeker Thomas Strebler.