In 1964, een paar jaar nadat hij uit Londen was aangekomen om aan de Universiteit van Edinburgh te gaan werken, las Higgs een artikel van de Amerikaanse theoretisch natuurkundige Philip Anderson. Destijds hadden natuurkundigen geen theorie over hoe subatomaire deeltjes hun massa kregen. (Massa kan worden omschreven als de totale hoeveelheid materie in een object, terwijl gewicht de zwaartekracht is die op een object inwerkt.)

Anderson's artikel toonde aan dat deeltjes massa kunnen hebben. Wanneer een systeem in de natuurkunde – zoals twee verschillende subatomaire deeltjes – verandert, beschrijven natuurkundigen het soms als 'gebroken symmetrie'. Dit kan leiden tot het ontstaan ​​van nieuwe eigendommen.

Tijdens een wandeling in de Schotse Hooglanden kreeg Higgs het idee van zijn leven. Hij ontdekte precies hoe hij de symmetriebreuk waarover hij in Anderson's artikel had gelezen, kon toepassen op een belangrijke groep deeltjes die ijkbosonen worden genoemd. Het zou leiden tot een verklaring voor de manier waarop de bouwstenen van de materie hun massa verkrijgen.

Twee andere groepen natuurkundigen hadden rond dezelfde tijd hetzelfde idee:Robert Brout en François Englert in Brussel, en Carl Hagen, Gerald Guralnik en Tom Kibble aan het Imperial College London.

Een bijzaak

Het belangrijkste onderscheidende kenmerk van Higgs' bijdrage was dat hij, als bijzaak, het bestaan ​​voorspelde van een nieuw massief deeltje dat overblijft na het proces dat hij in de Hooglanden had uitgewerkt. Dit deeltje zou later zijn naam dragen:het Higgsdeeltje.

Ik geloof dat het Higgs altijd een beetje in verlegenheid bracht dat dit symmetriebrekende mechanisme soms werd afgekort tot het 'Higgs-mechanisme'. Hij wees altijd snel op de bijdrage van anderen en gaf de voorkeur aan de term:"Anderson-Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble-mechanisme."

In de daaropvolgende decennia werd duidelijk hoe belangrijk de bijdrage van deze wetenschappers aan ons begrip van de deeltjesfysica was – niet in de laatste plaats omdat het naar Higgs genoemde deeltje zo ongrijpbaar bleek te zijn. Er zijn verschillende machines, deeltjesversnellers genoemd, gebouwd om de grenzen van onze kennis in de natuurkunde te onderzoeken.

Ze onderzochten en testten de meest algemeen aanvaarde theorie om uit te leggen hoe fundamentele deeltjes (die niet in andere deeltjes kunnen worden opgesplitst) en krachten op elkaar inwerken:het Standaardmodel. En het Standaardmodel bleek onder vrijwel alle omstandigheden stand te houden. Het enige ontbrekende ingrediënt, dat nog niet was ontdekt door een deeltjesbotser, was het enorme deeltje voorspeld door Higgs.

De frustratie over hoe ongrijpbaar het Higgsdeeltje bleek te zijn, was voor de Nobelprijswinnende natuurkundige Leon Lederman aanleiding om het nog een andere naam te geven:het 'verdomde deeltje'. Dit werd vervolgens ingekort tot het "Goddeeltje".

Het zou 48 jaar duren en de grootste machine ooit gemaakt, de Large Hadron Collider (LHC), om eindelijk bewijs te vinden dat Higgs en zijn collega's gelijk hadden gehad. Cern, de organisatie die de LHC exploiteert, maakte op 4 juli 2012 bekend dat natuurkundigen het deeltje vrijwel zeker hadden ontdekt.

Verdere experimenten bevestigden dat dit inderdaad het door Higgs voorspelde deeltje was. Maar toen het in oktober 2013 tijd was voor de bekendmaking van de Nobelprijs voor de natuurkunde, ging Higgs wandelen in plaats van aan de telefoon te blijven hangen.

Een 'vijfde kracht' van de natuur

Het is inmiddels ruim tien jaar geleden dat het Higgsdeeltje werd ontdekt. Er is een groot verschil tussen het hebben van een theorie waar (bijna) iedereen in gelooft, en uiteindelijk het bewijs hebben dat het inderdaad een goede beschrijving van de natuur is.

Ik weet zelfs niet zeker of we nog volledig begrijpen wat Higgs en zijn collega's de wereld hebben gegeven. Het komt neer op de ontdekking van een nieuwe interactie tussen deeltjes die we nog niet eerder hadden gezien, genaamd Yukawa-koppeling. Dit is in wezen een ‘vijfde kracht’ van de natuur die de zwaartekracht, de elektromagnetische kracht, de sterke kernkracht en de zwakke kernkracht aanvult.

Er zijn echter nog veel meer vragen die opgelost moeten worden. Slechts 4% van het heelal bestaat uit de materie die wij kunnen zien. De rest is donkere materie en donkere energie, maar we begrijpen de aard van beide niet. Er bestaat zelfs een theoretische berekening dat het Higgsdeeltje cruciaal is voor de stabiliteit van het universum.

De Cern Council heeft zojuist de voortgang beoordeeld van een haalbaarheidsstudie om een ​​machine te bouwen genaamd de Future Circular Collider, die de LHC zal opvolgen en, indien goedgekeurd, veel openstaande vragen over de aard van het universum zal proberen te beantwoorden. Ik weet bijvoorbeeld waar ik naar antwoorden wil zoeken in de gegevens van de botsing:het Higgsdeeltje.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.