Het Higgs-deeltje is er. Vier vragen over deze

PGO-LEIDRAAD ALGEME NATUURWETENSCHAPPEN
MODULE: Materie
GROEPSLEDEN: Erik Hernaamt, Joost Bus, Kenji van Keeken, Ruben Stollman
ARIKEL (TITEL): Het Higgs-deeltje is er. Vier vragen over deze historische vondst
1. Verhelder onduidelijke termen en begrippen
 CERN - The European Organization for Nuclear Research

Higgs-boson - Het higgsboson, higgsdeeltje of Brout-Englert-Higgs-deeltje is een naar Peter
Higgs vernoemd elementair deeltje dat in 1964 door François Englert en Robert Brout voor
het eerst werd voorspeld. Op 4 juli 2012 werd bekendgemaakt dat met behulp van de Large
Hadron Collider een deeltje is ontdekt waarvan de massa overeenkomt met die van het
higgsboson. Op 14 maart 2013 werd door CERN nogmaals onder voorbehoud bevestigd dat
het deeltje bestaat.
Het higgsboson is van fundamenteel belang: het moet bestaan om het standaardmodel van
de deeltjesfysica kloppend te maken. Het is de drager van het higgsveld, dat in het
heleuniversum aanwezig is. Door de higgsbosonen krijgen alle andere deeltjes massa. Het
ontbrekende puzzelstuk wordt in de populaire media ook wel het Godsdeeltje genoemd, iets
wat natuurkundigen over het algemeen verafschuwen omdat het een misleidende term is.

Quarks - Quarks zijn elementaire deeltjes, of meer algemeen subatomaire deeltjes. Er
bestaan zes soorten, ook wel smaken genoemd, quarks: voor elke 'generatie' van
elementaire deeltjes een paar. De drie paren worden aangeduid door de Engelse
namen up en down; charm en strange; top en bottom.

Fotonen - Fotonen (φοτος, photos = licht) ("lichtdeeltjes") zijn een verschijningsvorm
van elektromagnetische straling. Afhankelijk van de gebruikte meetopstelling zal straling (een
vorm van energie) zich voordoen als golven of als een stroom van massaloze deeltjes, de
fotonen. Ze worden soms aangeduid met het symbool γ (de derde Griekse letter gamma).

Elektronen - Het elektron (Oudgrieks: ἤλεκτρον; betekenis: barnsteen dat
door wrijving elektrisch geladen werd) is een negatief geladen elementair deeltje, dat
gebonden kan zijn (bijvoorbeeld in een atoom) of zich vrij in de ruimte kan bevinden.

Zwakke kernkracht - De zwakke kernkracht (ook zwakke kracht of zwakke
wisselwerking genoemd) is een van de vier fundamentele natuurkrachten. In
het standaardmodel van de deeltjesfysicawordt de zwakke kernkracht toegeschreven aan de
uitwisseling van de zware W- en Z-bosonen. Het bekendste effect van de zwakke kernkracht
is bètaverval (de emissie vanelektronen door neutronen of positronen door protonen, die
zich in atoomkernen bevinden) en de daarmee geassocieerde radioactiviteit. Het
woord zwak slaat hier op het feit dat develdsterkte van de zwakke kernkracht ongeveer 1011
van de sterkte van de elektromagnetische kracht en ongeveer 10-13 van de sterkte van
de sterke kernkracht bedraagt.
De zwakke kernkracht wordt overgebracht door W-bosonen (W+ en W–) en Z-boson (Z0) en
beïnvloedt
o
neutrino's
o
geladen leptonen
o
quarks

Het Standaard Model - Het standaardmodel van de deeltjesfysica is een theorie uit
de deeltjesfysica waarin de krachten en deeltjes die alle materie vormen, worden
beschreven. Experimenten hebben aangetoond dat deze theorie met
de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie in overeenstemming is.

Gluon - Een gluon is een elementair deeltje dat verantwoordelijk is voor het overbrengen van
de sterke kernkracht. Zonder de sterke kernkracht zouden de positief geladen protonen in
de atoomkern door hun onderlinge elektrische afstoting uit elkaar vliegen.
2. Definieer het centrale probleem / vraag van het artikel
Wat betekent het bestaan van het Higgs-boson in de wetenschap?
3. Analyseer het artikel / de rode draad
4. Orden de ideeën uit de analyse van het probleem
5. Formuleer leerdoelen
Wat houdt het Higgs-boson precies in?
6. Beantwoord je leerdoelen
Dit deeltje is er verantwoordelijk voor dat de andere quarks massa krijgen.
7. Schrijf een korte samenvatting van de ‘oplossing’ van dit probleem
Het Higgs-deeltje is er. Vier vragen over deze
historische vondst
door Annemarie Coevert
WETENSCHAP
Wat is toch dat Higgs-deeltje dat ze met de deeltjesversneller bij CERN in Genève
hoogstwaarschijnlijk hebben gevonden? En waarom was het zo moeilijk om het bestaan ervan te
bewijzen?
Journalist Herbert Blankesteijn verwees eerder in NRC Handelsblad naar de glasheldere uitleg
van Daniel Whiteson, naar eigen zeggen experimenteel natuurkundige. Hij legt vanuit de kantine
van CERN uit waar alle ophef rond het Higgs-boson vandaan komt, wat het is en waarom het zo
moeilijk te bewijzen is.
WAT IS HET HIGGS-DEELTJE?
Om dat te begrijpen vertelt hij eerst waarom natuurkundigen elementaire deeltjes - de
bouwsteentjes van atoomkernen en atomen, en dus van sterren, planeten en de aarde met
mensen, bomen en magnetrons - met een zo hoog mogelijke energie willen laten botsen met
behulp van de inmiddels beroemde deeltjesversneller. Dit doet hij met behulp van een handige
metafoor.
Die energie is het ‘budget’ dat bepaalt wat je kunt bestellen van het menu dat de natuur aanbiedt.
Hoe harder de botsing, hoe meer energie er wordt omgezet in nieuwe deeltjes. Hoe meer energie
er is, hoe meer we te weten kunnen komen over de specifieke eigenschappen van (misschien nog
onontdekte) elementaire deeltjes (quarks).
En daar komt de beroemde naam om de hoek kijken: een van deze ‘nog onontdekte’ is (nee, was)
het Higgs-boson. Dit deeltje is er verantwoordelijk voor dat de andere quarks massa krijgen.
Volgens de theorie van de Britse natuurkundige Peter Higgs bestaat er een ‘veld’ dat hele
universum doordringt. Alle bestaande quarks staan onder invloed van dit Higgsveld, sommigen
heel sterk, anderen nauwelijks. In andere woorden: door dit veld hebben deeltjes veel of weinig
massa. Wetenschapsredacteur Margriet van der Heijden vergelijkt het met waden door stroop:
het ene deeltje ondervindt meer weerstand (en krijgt meer massa) dan het andere.
WAAROM DUURT HET ZO LANG OM HET TE BEWIJZEN?
Wetenschappers van CERN zijn jaren bezig geweest met het aantonen van het bestaan van het
Higgs-deeltje dat actief is in het Higgs-veld. Waarom is dit zo moeilijk?
Zo alomtegenwoordig als het uitgesmeerde Higgs is, zo ongrijpbaar is het als deeltje, legt
wetenschapsredacteur Bruno van Wayenburg vandaag uit in NRC Handelsblad:
“Zo gauw het ontstaat uit de enorme energie die vrijkomt bij een botsing, zo snel valt het ook weer
uit elkaar in verschillende elementaire deeltjes. Alleen die brokstukken zijn, meteen na een
botsing, goed te zien in de detectoren. Maar veel vaker ontstaat er bij een botsing geen Higgs,
maar een mix van al bekende deeltjes. Onderscheid maken tussen ‘Higgs- en niet-Higgsbotsingen’ is een kwestie van netjes meten en turven en zware statistiek.”
Om deze reden moeten er astronomisch veel deeltjesbotsingen worden geanalyseerd voordat de
data het deeltje ondubbelzinnig laten zien, of niet. Net als bij een foto die een extreem lange
belichtingstijd nodig heeft.
WAT LEVERT DE ONTDEKKING OP?
Van der Heijden legt uit dat het deeltje dat vandaag nagenoeg is aangetoond moet verklaren
waarom de elementaire deeltjes massa hebben. Niet alle deeltjes hebben dat. De
elektromagnetische kracht die elektronen om atoomkernen laat cirkelen, werkt via fotonen – en
die zijn massaloos. Net zoals de gluonen die quarks aan elkaar lijmen tot kerndeeltjes.
Neutrino’s hebben wel een – piepklein beetje – massa. Elektronen en quarks ook. Net als de Wen Z-deeltjes, die de zwakke kernkracht dragen die atoomkernen uit elkaar laat vallen tijdens
radioactief verval. Het Standaard Model dat al die bouwsteentjes en hun interacties beschrijft,
staat in beginsel geen massa toe. Alle deeltjes zouden massaloos moeten zijn – volgens een mooie
symmetrie. En dat zijn ze duidelijk niet, en dat wordt dus veroorzaakt door het Higgsveld.
Daarom vormt het deeltje de kroon op het Standaard Model.
Met het bewijs kunnen veel belangrijke andere vraagstukken van de natuurkunde worden
verklaard. Die kunnen volgens Van der Heijden een bijdrage leveren aan het huishoudboekje
waarin kosmologen de balans van de energie en de materie in de kosmos opmaken. Die
nauwkeurig afgestelde balans geeft het uitdijende heelal vorm. En een van de getallen erop is de
kosmologische constante, maat voor de energie die in het vacuüm in de kosmos besloten ligt.
EN WAT VINDT MENEER HIGGS ZELF VAN DEZE VONDST?
Een geëmotioneerde Higgs reageerde vandaag verheugd dat hij het bewijs van zijn theorie nog
mag meemaken:
“Het leek in het begin, veertig jaar geleden, nog praktisch onmogelijk om het deeltje te vinden,
omdat men nauwelijks wist waar ze moesten beginnen met zoeken.”