Een stapje dichter bij de Higgs?

19 - 06 - 2012


Blogpost  (van zijn persoonlijke blog) door Nicolo De Groot, Nikhef-onderzoeker en hoogleraar natuurkunde aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Binnenkort gaat de belangrijkste zomerconferentie in de deeltjesfysica van start. De International Conference of High Energy Physics of ICHEP is van 4-11 Juli in Melbourne.

In December 2011 lieten zowel mijn eigen ATLAS experiment als de concurrent CMS de voorlopige resultaten zien van de zoektocht naar het Higgs deeltje.Beiden zagen een aantal kandidaten boven de achtergrond uitsteken zo rond een massa van 125 GeV. Het was niet genoeg om een ontdekking te claimen, maar interessant en hoopgevend was het zeken. Wat kunnen we op ICHEP verwachten ?

De LHC draait in 2012 met een hogere energie, 8 i.p.v. 7 TeV. Hierdoor zou de productie van Higgs deeltjes ruim 25% sneller moeten gaan. Helaas geldt dit ook voor de meeste achtergronden, zodat het netto effect hiervan kleiner is. De LHC draait erg goed dit jaar en de nieuwe dataset voor ICHEP is nu al 25% groter dan die van heel 2011.

Het Higgs deeltje wordt zelf niet gezien, alleen de deeltjes waarin het uiteenvalt. Voor een massa van 125 GeV zijn er drie vervalskanalen belangrijk. Het kanaal waarin een Higgs deeltje twee Z-deeltjes maakt die vervolgens weer in elektronen of muonen vervallen wordt het gouden kanaal genoemd omdat er heel weinig achtergrond zit. Met onze promovendus Antonio, die op CERN zit, werk ik met mijn Nijmeegse en Amsterdamse collega’s druk aan de verbetering van de muon identificatie en het begrijpen van de achtergronden.

In een ander kanaal gaat de Higgs naar twee W deeltjes die naar elektronen of muonen en twee neutrinos vervallen. Ook hier zijn we zeer actief. Dit kanaal is met de onzichtbare neutrinos experimenteel veel moeilijker. Omdat het wel veel vaker voorkomt speelde het een belangrijke rol bij het uitsluiten van een zwaardere Higgs van 130 GeV of meer.

Tenslotte is er het kanaal waar de Higgs naar twee lichtdeeltjes oftewel fotonen vervalt. Daar is veel achtergrond waarboven een klein piekje uitsteekt. Het is experimenteel minder moeilijk omdat er maar een soort deeltjes, de fotonen, goed geïdentificeerd moeten worden. Dit kanaal liet in 2011 de sterkste hint zien.

In de deeltjesfysica hanteren we bepaalde regels. Als een signaal 3x boven de achtergrond uitsteekt noemen we het een hint. Bij 4x is het bewijs voor en bij 5x is het een ontdekking. De december resultaten van de experimenten waren een hint, niet meer. In 2011 zagen beide experimenten nog iets minder dan 3x de achtergrond, dus een kleine hint. Omdat ze dit op ongeveer dezelfde plaats zagen, kun je de data samen nemen en dan is er sprake van een duidelijke hint. Met meer dan een verdubbeling van de data zou, als het om een echt signaal gaat, de combinatie van de experimenten ditmaal “bewijs voor” kunnen opleveren. Als de hint van 2011 vals alarm was, zouden we het signaal zwakker moeten zien worden. Op het ogenblik zijn we in een heel hectische periode om alles af te krijgen voor ICHEP. Wat het resultaat zal zijn kan ik nog niet zeggen. We hebben afgesproken daarover vooraf niet te lekken. Dat geldt ongetwijfeld ook voor het CMS experiment. Maar Higgs of geen Higgs, ICHEP belooft interessant te worden.