Higgsboson
Het Higgs-boson (of Higgs-deeltje) is een deeltje in het Standaard Natuurkundig Model. In de jaren zestig was Peter Higgs de eerste die suggereerde dat dit deeltje zou kunnen bestaan. Op 14 maart 2013 bevestigden wetenschappers van CERN voorzichtig dat ze een Higgs-deeltje hadden gevonden.
Het Higgs-deeltje is één van de 17 deeltjes in het Standaard Model, het model van de fysica dat alle bekende basisdeeltjes beschrijft. Het Higgs-deeltje is een boson. Bosonen worden beschouwd als deeltjes die verantwoordelijk zijn voor alle fysieke krachten. Andere bekende bosonen zijn het foton, de W- en Z-bosonen, en het gluon. Wetenschappers weten nog niet hoe ze de zwaartekracht kunnen combineren met het Standaard Model.
Het Higgs-veld is een fundamenteel gebied dat van cruciaal belang is voor de deeltjesfysica. In tegenstelling tot andere bekende velden zoals het elektromagnetische veld, neemt het Higgs-veld bijna overal dezelfde niet-nulwaarde aan. De vraag naar het bestaan van het Higgs-veld was het laatste ongecontroleerde deel van het Standaard Model van de deeltjesfysica en was volgens sommigen "het centrale probleem in de deeltjesfysica".
Het is moeilijk om het Higgs boson op te sporen. Het Higgs-boson is zeer massief in vergelijking met andere deeltjes, dus het gaat niet erg lang mee. Er zijn meestal geen Higgs-bosonen in de buurt omdat er zoveel energie nodig is om er een te maken. De Large Hadron Collider bij CERN is vooral om deze reden gebouwd. Hij versnelt twee trossen deeltjes tot bijna lichtsnelheid (in tegengestelde richting), voordat hij ze op een pad zet om met elkaar te botsen.
Elke botsing produceert een vlaag van nieuwe deeltjes die worden gedetecteerd door detectoren rond het punt waar ze botsen. Er is nog steeds maar een zeer kleine kans, één op de tien miljard, dat er een Higgs-boson opduikt en gedetecteerd wordt. Om de weinige botsingen met bewijs van het Higgs-boson te vinden, slaat de LHC triljoenen deeltjes in elkaar, en de supercomputers ziften door een enorme hoeveelheid gegevens.
Higgs bosons houden zich aan de wet op het behoud van energie, die stelt dat er geen energie wordt gecreëerd of vernietigd, maar dat deze wel kan worden overgedragen of van vorm kan worden veranderd. Ten eerste begint de energie in het peilbuisje dat in wisselwerking staat met het Higgs-veld. Deze energie is in de vorm van kinetische energie als beweging. Nadat het peilbuisje in wisselwerking staat met het Higgs-veld, vertraagt het. Deze vertraging vermindert de hoeveelheid kinetische energie in het peilbuisje. Deze energie wordt echter niet vernietigd. In plaats daarvan gaat de energie van de beweging het veld in en wordt omgezet in massa-energie, de energie die is opgeslagen in massa. De gecreëerde massa kan een zogenaamd Higgs-boson worden. De hoeveelheid gecreëerde massa komt uit Einstein's beroemde vergelijking E=mc2, waarin staat dat massa gelijk is aan een grote hoeveelheid energie (bijvoorbeeld, 1 kg massa is gelijk aan bijna 90 quadriljoen joule energie - dezelfde hoeveelheid energie die de hele wereld in ongeveer een uur en een kwartier in 2008 heeft verbruikt). Aangezien de hoeveelheid massa-energie die door het Higgs-veld wordt gecreëerd gelijk is aan de hoeveelheid kinetische energie die het peilbuisje kwijt is geraakt door de vertraging, wordt er energie bespaard.
Higgs bosons worden gebruikt in verschillende sciencefictionverhalen. De natuurkundige Leon Lederman noemde het in 1993 het "God-deeltje".
Een computergegenereerd beeld van een Higgs-interactie
Ontdekking
Op 12 december 2011 maakten de twee teams van de Large Hadron Collider die op zoek waren naar het Higgs-boson, ATLAS en CMS, bekend dat ze eindelijk resultaten hadden gezien die konden suggereren dat het Higgs-boson bestond; ze wisten echter niet zeker of dit waar was.
Op 4 juli 2012 verklaarden de teams van de Large Hadron Collider dat ze een deeltje hadden ontdekt waarvan ze denken dat het het Higgs-boson is.
Op 14 maart 2013 hadden de teams nog veel meer tests gedaan en kondigden ze aan dat ze nu denken dat het nieuwe deeltje een Higgs-boson is.
Vragen en antwoorden
V: Wat is het Higgs boson?
A: Het Higgs boson is een deeltje in het Standaard Model van de fysica. Het werd voor het eerst voorgesteld door Peter Higgs in de jaren 1960 en het bestaan ervan werd bevestigd door wetenschappers van CERN op 14 maart 2013. Het is een van de 17 deeltjes in het Standaardmodel en is een boson, waarvan wordt aangenomen dat het verantwoordelijk is voor de fysische krachten.
V: Hoe werkt het Higgs-veld?
A: Het Higgs-veld is een fundamenteel veld dat bijna overal een niet-nulwaarde heeft. Het was het laatste niet geverifieerde deel van het Standaardmodel en het bestaan ervan werd gezien als "het centrale probleem in de deeltjesfysica". Wanneer ijkbosonen ermee interageren, vertragen zij en gaat hun kinetische energie naar het creëren van massa-energie, die wordt wat wij een Higgs-boson noemen. Dit proces gehoorzaamt aan de wet van behoud van energie, waarbij geen energie wordt gecreëerd of vernietigd, maar in plaats daarvan kan worden overgedragen of van vorm kan veranderen.
V: Waarom is het moeilijk om het Higgs boson te detecteren?
A: Het Higgs boson heeft een zeer grote massa in vergelijking met andere deeltjes, zodat het niet erg lang meegaat. Er zijn er meestal geen omdat het zoveel energie kost om er een te maken. Om ze te vinden, ziften wetenschappers met supercomputers door enorme hoeveelheden gegevens van triljoenen deeltjesbotsingen bij de Large Hadron Collider (LHC) van het CERN. Zelfs dan is er slechts een kleine kans (één op 10 miljard) dat er bewijs voor een Higgs opduikt en wordt ontdekt.
V: Welke andere bekende bosonen zijn er?
A: Andere bekende bosonen zijn fotonen, W- en Z-bosonen en gluonen.
V: Hoe houdt Einsteins vergelijking E=mc2 verband met het ontstaan van massa-energie uit kinetische energie?
A: De beroemde vergelijking van Einstein stelt dat massa gelijk is aan een extreem grote hoeveelheid energie (bijvoorbeeld 1 kg = 90 quadriljoen joule). Wanneer de kinetische energie van ijkbosonen die met het Higgs-veld interageren, vertraagt, gaat diezelfde hoeveelheid kinetische energie naar het creëren van massa-energie die wordt wat wij een Higgs Boson noemen - waardoor de totale energie volgens de behoudswetten behouden blijft.
V: Welke rol spelen sciencefictionverhalen bij het begrijpen van de werking van higgsbosons?
A: Science fiction verhalen hebben vaak higgsbosons als onderdeel van hun plot, maar deze verhalen geven niet noodzakelijk accurate wetenschappelijke informatie over hoe ze werken - ze zijn meer voor amusementsdoeleinden dan iets anders!
