ATLAS- en CMS-experimenten geven inzicht in higgs-eigenschappen
Drie jaar na de aankondiging van de ontdekking van een nieuw deeltje, het zogeheten higgsboson, presenteren de ATLAS- en de CMS-samenwerking voor de eerste keer gecombineerde metingen van veel van zijn eigenschappen. Zij doen dit op de derde jaarlijkse Large Hadron Collider Physics Conferentie (LHCP 2015). Door de analyses van de gegevens die in 2011 en 2012 verzameld zijn te combineren, kunnen ATLAS en CMS het scherpste beeld tot nu toe schetsen van dit nieuwe boson. De nieuwe resultaten bieden in het bijzonder ongekende details over het ontstaan en verval van het higgsdeeltje en over hoe de interactie met andere deeltjes verloopt. Alle gemeten eigenschappen komen overeen met de voorspelling van het standaardmodel en zullen als referentie dienen voor nieuwe observaties die in de komende maanden plaats zullen vinden, waarmee een zoektocht naar nieuwe fysische verschijnselen mogelijk wordt gemaakt. Dit volgt op de beste meting van de massa van het higgsboson, die in mei 2015 gepubliceerd is na een gecombineerde analyse door de twee onderzoeksgroepen.
"Het higgsboson is een fantastisch instrument om het standaardmodel van de deeltjesfysica en het Brout-Englert-Higgs-mechanisme, dat elementaire deeltjes voorziet van massa, te toetsen," zegt Rolf Heuer, algemeen directeur van CERN. "Er zijn veel voordelen aan het combineren van de resultaten van grote experimenten om tot de hoge nauwkeurigheid te komen die nodig is voor de volgende doorbraak op ons onderzoeksgebied. Een op zichzelf staand experiment zou ten minshte twee jaar langer hebben moeten draaien om hetzelfde resultaat te behalen."
Er zijn verschillende manieren waarop een higgsboson kan ontstaan en verschillende manieren waarop een higgsboson kan vervallen in andere deeltjes. Volgens het standaardmodel, het model dat de beste beschrijving geeft van krachten en deeltjes, zou een higgsboson bijvoorbeeld in 58 procent van de gevallen direct vervallen in een bottom quark en een bottom antiquark. Door hun resultaten te combineren konden ATLAS en CMS met de hoogste nauwkeurigheid tot nu toe de vervalsnelheid van de meest voorkomende soorten verval bepalen.
Zulke nauwkeurige metingen van de vervalsnelheden zijn van cruciaal belang, omdat ze een directe relatie hebben met de sterkte van de interactie van het higgsdeeltje met andere elementaire deeltjes en hun massa. Het bestuderen van zijn verval is daarom onmisbaar voor het bepalen van de aard van het ontdekte boson. Elke afwijking in de gemeten vervalsnelheden vergeleken met de snelheden die voorspeld worden door het standaardmodel, zouden het Brout-Englert-Higgs-mechanisme ter discussie stellen en de weg banen voor nieuwe fysica voorbij het standaardmodel.
"Dit is een grote stap vooruit, zowel voor de mechanica van de combinaties als voor de nauwkeurigheid van onze metingen," zegt ATLAS-woordvoerder Dave Charlton. "Als voorbeeld: door de resultaten van het verval van het higgsboson in tau-deeltjes te combineren kon dit verval waargenomen worden met een significantie van meer dan vijf sigma, iets dat CMS of ATLAS alleen niet had kunnen bereiken.”
"Het combineren van de resultaten van twee grote experimenten vormde een flinke uitdaging, omdat er bij een dergelijke analyse meer dan 4.200 parameters betrokken zijn die systematische onzekerheden vertegenwoordigen,” zegt CMS-woordvoerder Tiziano Camporesi. “Met dit soort resultaten en de stroom van nieuwe data op het nieuwe energieniveau van de LHC zijn we in de juiste positie om het higgsboson van alle kanten te bekijken.”
De Nikhef-bijdrage
Nikhef is lid van het ATLAS-experiment, een van de detectoren bij de Large Hadron Collider (LHC) op CERN in Genève. Wouter Verkerke is co-programmaleider van de Nederlandse inbreng bij ATLAS: "Dit nieuwe resultaat van ATLAS en CMS laat zien dat het recent ontdekte higgsdeeltje een fantastisch nieuw laboratorium biedt voor onderzoek aan de fundamenten van de natuur: welk mechanisme verklaart de oorsprong van de massa van elementaire deeltjes. Dit resultaat bestaat uit tientallen verschillende metingen van twee experimenten die nu gecombineerd en op een consistente manier geïnterpreteerd zijn. Dit is nog niet eerder op zo'n schaal en met zoveel oog voor detail gedaan, en biedt nu een schat aan informatie. Het higgsdeeltje biedt zo een 'kijkje onder de motorkap' van de natuur."
Een van de drijvende krachten bij ATLAS van deze ATLAS/CMS-combinatie is Nikhef-onderzoeker Stefan Gadatsch die in juni cum laude promoveerde op o.a. de ATLAS-input van de genoemde resultaten. Wouter Verkerke is daarnaast onderzoekscoördinator van de ATLAS-Higgs combinatie-subgroep die de ATLAS-kant van dit resultaat coördineert. Het fundament van de mechanics of the combination die Dave Charlton in het persbericht noemt is het RooFit framework dat Verkerke de afgelopen 15 jaar heeft uitontwikkeld en dat zowel ATLAS als CMS gebruikt voor de statistische analyse.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u kijken op de CERN-website op de website van FOM-instituut Nikhef. U kunt ook contact opnemen met:
Afdeling Wetenschapscommunicatie Nikhef, (020) 592 50 75 of met Wouter Verkerke, (020) 592 51 34.