LHC heeft eindelijk het meest favoriete verval van Higgs bosonen waargenomen

Vandaag hebben natuurkundigen van de twee grote detectoren ATLAS en CMS verbonden aan de Large Hadron Collider, ’s werelds grootste deeltjesversneller van CERN bij Genève in Zwitserland, bekendgemaakt dat men met die twee detectoren het meest favoriete vervalkanaal van het Higgs boson heeft waargenomen. Volgens het Standaard Model (SM) van de elementaire deeltjes en natuurkrachten vervalt een Higgs boson in 60% van de gevallen na zeer korte tijd in een paar bottom quarks, het één na zwaarste quark dat er bestaat, na het zware top quark. Het Higgs boson werd zes jaar geleden ontdekt met de LHC, maar nu pas heeft men genoeg waarnemingen van zo’n verval gezien om te kunnen zeggen dat het ook daadwerkelijk gebeurt – de statistische betrouwbaarheid van de waarnemingen is 5,4?. In de 27 km lange LHC worden protonen tot bijna de lichtsnelheid versneld en op de plekken van de detectoren komen ze met elkaar in botsing.

Dat leidt tot de productie van Higgs bosonen, die na zeer korte tijd weer vervallen. Op de bovenste afbeelding zie je zo’n verval door ATLAS vastgelegd, waarbij een Higgs boson vervalt in twee bottom quarks en een begeleidend W boson in een ? (muon) en ? (neutrino) vervalt. De afbeelding eronder toont een verval zoals waargenomen door CMS, waarbij de protonenbotsing (pp) leidt tot het ontstaan van een Z boson en Higgs boson (H), waarbij het Z vervalt in een positron-electron paar en H in een paar bottom quarks. Grote vraag is natuurlijk waarom het zes jaar heeft geduurd voordat dit vervalkanaal, dat zoals gezegd het meest favoriete kanaal van het Higgs boson is om in te vervallen, is waargenomen. De reden is dat er heel veel manieren zijn om Higgs bosonen bij protonenbotsingen te produceren en die dan weer in bottom quarks te laten vervallen. Door die overvloed aan manieren is het erg lastig om het signaal boven de achtergrondruis uit te laten komen. Een veel minder vaak voorkomend vervalkanaal, zoals het verval in paren fotonen, is daarom veel vaker waargenomen.

Het Higgs deeltje is een manifestatie van het alomaanwezige Higgs veld. Dat veld geeft niet alleen massa aan de elementaire deeltjes, maar in theorie zou het ook kunnen reageren op donkere materie, iets dat buiten SM valt. Door onderzoek zoals nu gebeurt door ATLAS en CMS hoopt men daar meer te weten over te komen. Bron: CERN.