Natuurkundige Peter Higgs (94) – medebedenker van het Higgs boson – overleden

Englert en Higgs in 2013. Credit: Maximilien Brice/CERN

Vandaag werd bekendgemaakt dat Peter Higgs, de natuurkundige die in 1964 samen met andere theoretici het naar hem genoemd Higgs boson bedacht, op 94 jarige leeftijd is overleden. Uit een verklaring van de Universiteit van Edingburgh blijkt dat Higgs afgelopen maandag overleed. In 2013 won hij samen met François Englert de Nobelprijs voor de Natuurkunde en in 2015 werd hem de Copley Medal toegekend, de oudste wetenschapsprijs ter wereld. Het Higgs boson, het laatst ontdekte deeltje van het Standaardmodel, werd in 2012 ontdekt met de Large Hadron Collider van CERN bij Genève.

Higgs wetenschappelijke carrière

Peter Ware Higgs is geboren op 29 mei 1929 in Newcastle upon Tyne. In Bristol kwam hij voor het eerst in aanraking met de natuurkunde, doordat hij geïnspireerd raakte door Paul Dirac, één van de bedenkers van de quantum-mechanica. Dirac was oud-student van die  school, de  Cotham Grammar School. Op z’n 17e kwam Higgs op de City of London School terecht, waar hij zich in wiskunde specialiseerde. In de beginjaren ’60 was hij verbonden aan het King’s College in London, alwaar hij z’n graad had gehaald (over de bewegingsspectra van moleculen). Hij bekleedde vanaf oktober 1960 tot voor kort een leerstoel in de theoretische natuurkunde aan de Universiteit van Edinburgh. Thans is hij met emeritaat. In 1961 las Higgs een artikel van Yoichiro Nambu, de Japans-Amerikaanse natuurkundige, die zei dat door het verschijnsel van Spontane Symmetrieverbreking deeltjes massa kunnen krijgen. Vergelijk dat met een knikker die op de bodem van een wijnfles ligt precies op de top van het heuveltje. De knikker is in een symmetrische toestand, maar die toestand is niet stabiel. Hij kan van de heuvel afrollen, elke richting uit. Als dat gebeurt is er sprake van een Spontane Symmetrieverbreking. Nadeel van Nambu’s model was dat het een massaloos boson ^[1]Bosonen zijn in het Standaardmodel de deeltjes die de elementaire krachten overbrengen. Het bekendste boson is het foton, dat de electromagnetische kracht overbrengt. opleverde, een zogenaamd Goldstone boson.

Annus Memorabilis: 1964

Credit: CERN

Na een weekendje diep nadenken in de Cairngorms ^[2]Een bergrug in het noordoosten van Schotland. in juli 1964 kwam Peter Higgs terug in z’n laboratorium en verklaarde aldaar: “Ik heb een geweldig idee! Het Goldstone boson kan wel degelijk massa krijgen.” Wat daar volgens Higgs voor nodig was was het volgende mechanisme: alles is gevuld met een bepaald veld dat slechts één waarde heeft, een zogenaamd scalarveld. Die waarde kan bijvoorbeeld de energie zijn. Dat veld bevindt zich in die ‘pseudo-stabiele’ toestand, zoals hierboven beschreven. Bij een bepaalde kritische temperatuur ‘rolt’ het veld van de heuvel af en krijgen de elementaire deeltjes massa door interactie met het veld. Hoe meer interactie er is hoe zwaarder het deeltje zal zijn. Fotonen reageren niet met het veld en dus blijven zij massaloos. Protonen, neutronen, electronen en andere deeltjes reageren wel en dat geeft hun massa. Dat alles beschreef Higgs in een kort artikel (79 regels, 5 formules!) in het vakblad Physics Letters (nr. 12 blz. 132) genaamd ‘Broken symmetries, massless particles and gauge fields‘. Voor dergelijke artikelen geldt kennelijk: kort maar krachtig. 🙂 Higgs werkte z’n ideeën verder uit en bood die, alweer in ultrakorte vorm, aan aan de redactie van Physics Letters. Maar dat artikel werd geweigerd, omdat het volgens de redacteuren weinig nieuws bevatte. In die afgewezen versie beschreef Higgs de invloed van het door hem beschreven mechanisme op het electrodynamische veld. In een geupdate versie voegde hij er ook de sterke wisselwerking aan toe en de uitkomst was dat er ook massieve bosonen aan te pas komen om de energie van het scalarveld over te dragen.  Dat aangepaste tweede artikel verscheen 31 augustus 1964 in Physical Review Letters. Na het verschijnen van beide artikelen van Higgs bleven z’n ideeën jaren beperkt tot de stoffige studeerkamers van enkele even zo stoffige geleerden. Higgs was zelfs niet eens overtuigd van z’n eigen gelijk, aldus Heinz Pagels in het boek Perfect Symmetry (Bantam Press 1985, blz. 205).

De electrozwakke wisselwerking

Credit: CERN

Aan de obscuriteit van Higgs ideeën kwam abrupt een eind toen in 1967 Steven Weinberg en Abdus Salem het mechanisme gebruikten in hun theorie om de electromagnetische en zwakke wisselwerking onder te brengen in één natuurkracht: de electrozwakke wisselwerking. In 1979 kregen beiden de Nobelprijs voor de natuurkunde voor deze theorie. Sindsdien spreken we van het Higgsveld, het Higgs-deeltje (dat de interactie verzorgd tussen Higgsveld en andere elementaire deeltjes) en het Higgs-mechanisme ^[3]Nou ja, eigenlijk kwam Gerard ’t Hooft in 1971 met deze benaming aan, iets later dus.. Het Higgs-deeltje is in feite het kleinste ‘quantum’ van het Higgsveld, net zoals het foton het kleinste quantum van het electromagnetische veld is. En dat werd zoals gezegd in 2012 daadwerkelijk ontdekt met de CMS en ATLAS detectoren verbonden aan de LHC. Bron: Universiteit van Edingburgh.

Gerelateerde Astroblogs:

Zeldzaam verval van het Higgs boson zou kunnen wijzen op Nieuwe Natuurkunde Verband ontdekt tussen de donkere materie en de klonterigheid van materie in het heelal Na de lancering van Euclid: ‘Dit is een grote stap in het begrijpen van donkere materie en donkere energie’