Het was me het feestje wel, afgelopen zomer! Jarenlang was er naar uitgekeken; en dit jaar was het zo ver. Eindelijk hadden de natuurkundige in het CERN voldoende botsingen verzameld, en konden ze eens goed kijken of er tussen de nucleaire scherven iets te vinden was; en ja! ziedaar! Het Higgs-boson! Wereldnieuws was het. Apetrots waren ze. Het Standaardmodel was klaar – nou ja, bijna klaar. Er waren nog veel metingen nodig om de nieuweling volledig te doorgronden. Maar het grootste raadsel van de natuurkunde leek opgelost. Waarom hebben (veel) deeltjes massa? Omdat het Higgs bestaat! En het bestaat!
Nog vele botsingen
Echt waar? Afgelopen week verschenen de eerste wetenschappelijke artikelen waarin de metingen beschreven en vergeleken worden. Eén ding is inmiddels overduidelijk: het gaat niet om een meetfout. Er is een deeltje ontdekt. En dat zou het lang gezochte Higgs kunnen zijn. Maar om dat zeker te weten moeten natuurkundigen eerst nog achterhalen hoe het zich gedraagt. Concreet: valt het uiteen (want het Higgs is, als het uit een botsing tevoorschijn floept, maar een ultrakort leven beschoren) zoals het Standaardmodel dat voorspelt? Om dat vast te stellen moeten ze bij het CERN nog vele jaren doorgaan met botsingen veroorzaken. Maar het CERN is daar niet optimaal geschikt voor, en inmiddels wordt er druk gerekend en getekend aan een nieuwe versneller, de International Linear Collider. Daarmee moet het mogelijk zijn om heel veel Higgs-deetjes te produceren. Deze ILC wordt niet krachtiger dan de LHC, maar wel een stuk nauwkeuriger en schoner. Als alles goed gaat, kost de ILC niet meer dan zo’n 20-25 miljard dollar en is-ie rond 2025 gereed. Maar het gaat om geld en prestige (waar-ie komt, is nog niet besloten) dus vertragingen zijn onvermijdelijk. Tel er gerust tien jaar bij.
Terecht gejuich?
Als dan rond 2040 blijkt dat het nieuwe deeltje zich niet aan de Higgs-vervalregels houdt, dan hebben de natuurkundigen een groot probleem. Dan zit er een zéér vreemde eend in de bijt. Doet het deeltje dat wél, dan moet het inderdaad het lang gezochte Higgs zijn. Pas dán wordt duidelijk of natuurkundigen in 2012 terecht hebben staan juichen. Maar dat is op zich geen reden tot blijdschap. Er is namelijk een probleempje met de nieuweling: hij is veel te licht. (Ja, hij heeft zélf massa – don’t ask) Kijk, bij die Higgs-massa hoort (volgens het Standaardmodel) een bepaald Higgs-veld, dat op zijn beurt verantwoordelijk is voor de massa van alles wat er verder in het heelal zit. Hoe lichter het deeltje, hoe meer energie er in dat veld zit. En het veld dat bij deze Higgs hoort, is veel te energierijk. Als deze lichte Higgs, met zijn veel te ‘zware’ veld, de massa van deeltjes veroorzaakt, wordt alles veel te zwaar en was het heelal nooit veel groter geworden dan een schoenendoos.
Valt dit te repareren? Sommige theoretici denken dat het Higgs niet alleen is. Dat er nog vier Higgs-achtige deeltjes bestaan die wat extra zwaarte toevoegen, zogezegd, en zo het probleem oplossen. Die vier zijn geen gewone Standaard-deeltjes maar leden van een nog nooit gedetecteerde familie van supersymmetrische deeltjes. Er zijn geen experimentele aanwijzingen dat die familie moet bestaan, ze zijn gewoon wiskundig mogelijk. Maar àls ze bestaan, zijn ze stuk voor stuk te zwaar om in de huidige deeltjesversnellers op te duiken. Tenminste, de CERN-versneller in Genève krijgt de komende jaren een opknapbeurt, en vanaf 2015 gaat het daar twee keer zo hard tegen hard. Er is een kleine kans dat er dan een supersymmetrisch deeltje opduikt – als ze bestaan, dus. Wat nodig is, zegen natuurkundigen, is een nog veel krachtiger roetsjbaan voor deeltjes. Veel krachtiger dan de ILC en krachtiger dan de LHC van het CERN. Die nieuwe versneller gaat ongetwijfeld een veelvoud kosten van de ILC, zeg 100 miljard, en het zal ongetwijfeld nog decennia duren voordat-ie er staat. Als die er ooit komt.
Nog meer vragen in het jaar 2100
Kortom, als de dromen der moderne natuurkunde waarheid worden, dan weten we zo rond 2040 of het dit jaar gevonden Higgs ook echt het Higgs is. Die te licht is. Zo rond 2070 is er wellicht een compleet nieuwe ‘supersymmetrieversneller’ gebouwd, en daarna weten we of er supersymmetrische deeltjes bestaan, inclusief Higgs-broertjes die de ‘foute massa’ van de Standaard-Higgs kunnen corrigeren. Kortom, met veel geluk weten we zo rond 2100 hoe materie in elkaar steekt. Dan presenteert de natuurkunde trots een volstrekt ondoorgrondelijke wirwar van deeltjes en velden – met daarbij, ongetwijfeld, een hoop nieuwe vragen. Vragen die volgens natuurkundigen vragen om een nóg grotere versneller.
Is dit de goede weg? Het is allemaal vreselijk prachtig, maar leren we op deze manier werkelijk iets? Ze zeggen dat je menselijk gedrag niet in een kaal wit lab kunt bestuderen. Dat je apen niet kunt leren begrijpen door ze in een kooi op te sluiten. Dat je levende cellen niet kunt doorgronden door ze chemisch te analyseren, of aan plakjes te snijden. Misschien moeten we constateren dat we materie niet leren ‘begrijpen’ door het met steeds grotere kracht aan flarden te schieten. Natuurlijk, die botsingen geeft fascinerende resultaten. De natuur is uiterst vindingrijk. Er komen zo ongetwijfeld steeds meer exotische deeltjes bij. Het levert heerlijke uitdagingen voor theoretici en wiskundigen. Maar welke werkelijkheid benaderen we daarmee? Zijn al die vragen nog wel het antwoord op de beginvraag?
Cc-foto: Lucas Taylor
