Alles wat we op dit moment weten over het Higgs boson

Mocht je een zee van tijd hebben en altijd al eens je tanden hebben willen zetten in een natuurwetenschappelijk vakartikel, dan raad ik je aan het volgende 61 pagina’s tellende artikel te lezen:

Measurements of the Higgs boson production and decay rates and Measurements of the Higgs boson production and decay rates and constraints on its couplings from a combined ATLAS and CMS analysis of the LHC pp collision data at ?s = 7 and 8 TeV – The ATLAS and CMS Collaborations.

Het artikel is de culminatie van de kennis die door de ATLAS en CMS detectoren tijdens Run 1 (2010-2012) van de Large Hadron Collider (LHC) verzameld is. Op de gedenkwaardige 4e juli 2012 werd de ‘mogelijke’ ontdekking van het Higgs boson bekendgemaakt, toen nog omgeven met de nodige voorzichtigheid. Inmiddels weten we dat het inderdaad ‘een’ Higgs boson is – alleen is nog de vraag of het ’t enige Higgs boson is of dat er een hele familie van Higgs bosonen is. Bovengenoemd artikel gaat vooral over de koppeling (Engels: ‘coupling’) van het Higgs boson aan andere deeltjes. In een eerdere blog heb ik verteld over de verschillende manieren waarop Higgs bosonen geproduceerd kunnen worden en waarop ze in andere deeltjes kunnen vervallen. Bij hun ‘geboorte’ en korte tijd later hun ‘dood’ speelt die koppeling – een dimensieloos getal – een grote rol en hieronder zie je de grafiek waarop de gemeten koppeling is weergegeven.

Op de y-as staat de koppeling van het Higgs boson als ‘ie via W en Z bosonen wordt geproduceerd, op de x-as via andere deeltjes. Het Standaard Model (SM) van de elementaire deeltjes en natuurkrachten voorspeld een waarde van 1 voor de koppeling via beide productiewijzen, aangegeven met de ster in de grafiek. De ovalen geven de gemeten koppelingen waar bij de verschillende kanalen waarin het Higgs boson kan vervallen, zoals in twee fotonen (??) en twee Z-bosonen (ZZ). Alle ovalen blijken de voorspelling van SM te dekken, een bevestiging hiervan.Het Higgs boson geeft via het Higgs mechanisme massa aan een deel van de elementaire deeltjes. Het is de koppeling die er voor zorgt dat die deeltjes hun massa krijgen. Als het inderdaad via dat Higgs mechanisme werkt moet de koppeling evenredig zijn aan de massa van de deeltjes – hoe sterker de koppeling des te meer massa. Dat is ook hetgeen ook door ATLAS en CMS is gemeten:

De blauwe stippellijn is de voorspelling volgens SM. Ook hier: een goede bevestiging van SM! In een eerdere gezamenlijke publicatie van ATLAS en CMS op basis van de protonenbotsingen tijdens Run 1 ging het over de massa van het Higgs boson, bepaald op 125,09 GeV. De twee gepubliceerde studies, de eerste over de massa van het Higgs boson, de tweede over de koppeling aan andere deeltjes, leveren op dit moment de beste kennis die we hebben van het Higgs boson, eh… sorry van ‘dit’ Higgs boson.

Er blijven overigens nog genoeg vragen over rondom het Higgs boson. Naast de eerder gestelde vraag of er maar één Higgs boson is of een hele familie is er ook nog de vraag waarom alle bosonen (deeltjes met hele spin) gekoppeld zijn aan een natuurkracht (fotonen aan de elektromagnetische kracht, W- en Z-bosonen aan de zwakke wisselwerking, gluonen aan de sterke wisselwerking, de hypothetische gravitonen aan de zwaartekracht), maar het Higgs boson aan geen enkele natuurkracht. Moet er niet een vijfde natuurkracht zijn die bij het Higgs boson behoort? Door verdere metingen met ATLAS en CMS tijdens Run 2 bij een hogere botsingsenergie van ?s=13 Tev hoopt men op deze vragen antwoord te vinden. Wordt vervolgd. 😀 Bron: The Guardian + CERN + Symmetry Magazine.