ATLAS-experiment meet voor het eerst levensduur higgsdeeltjes

Het ATLAS-experiment op CERN heeft voor het eerst echt gemeten hoe lang een higgsdeeltje bestaat, voordat het uit elkaar valt. De levensduur is een cruciaal gegeven over het higgsdeeltje.

Trefwoorden: #Atlas, #CERN, #experiment, #Higgs

Lees verder

research

( Foto: Atlas Experiment )

ENGINEERINGNET.BE - De meting is het resultaat van een ingewikkelde analyse van alle higgsdeeltjes die ATLAS tot nog toe met de detector heeft waargenomen bij botsingen van protonen in de LHC-versneller op CERN. De levensduur wordt afgeleid uit de breedte van de piek van vervalproducten die de onderzoekers zien bij een bepaalde massa, de zogeheten width.

Het higgsdeeltje werd na decennia zoeken in 2012 op CERN aangetoond door onder meer ATLAS. Het deeltje bewijst het bestaan van een veld dat alle elementaire deeltjes massa geeft, via het zogeheten Higgs-mechanisme. Veel eigenschappen van het higgsdeeltje zijn inmiddels bekend, zoals massa en spin, maar de levensduur was nog niet scherp in beeld.

Het higgsdeeltje zelf heeft een massa van 125 GeV, ongeveer honderdvijftig maal de massa van een waterstofkern. De higgsbreedte is met 4.6 MeV een ragfijn piekje in de metingen. Deze breedte komt overeen met een gemiddelde levensduur van ongeveer 1,8 maal 10 tot de macht min 22 seconde. In die ultrakorte tijd vervallen de meeste higgsdeeltjes naar twee Z-bosonen, die zelf snel weer verder vervallen naar muonen of neutrino’s die in de detector worden gezien.

De nu gemeten breedte duidt niet op het verval van higgsdeeltjes naar onbekende deeltjes. De uitkomst is binnen de onzekerheid in overeenstemming met de 4.1 MeV (1,62 10^-22 seconde) die het Standaardmodel voorspelt aan de hand van alle bekende vervalsprocessen. “Maar dat moet je wel weten te meten voor je het zeker weet”, zegt Ivo van Vulpen, verbonden aan ATLAS.

Tot nu toe wisten experimenten als ATLAS alleen schattingen te maken van de maximale levensduur van de higgs, vaak tientallen keren de breedte die het standaardmodel voorspelt. Daardoor was er geen uitsluitsel te geven of de echte breedte eventueel afweek van de voorspelling.

De analyses die nodig zijn om de levensduur van de higgs te vinden is een huzarenstukje. De breedte van de higgspiek zelf is te meten, maar die wordt vertekend door meetfouten. Om die te omzeilen wordt tegelijk ook naar de flanken van de piek gekeken.

Dat moet indirect, via subtiele quantumeffecten, omdat andere processen anders nog te veel achtergrondruis geven. “Het is een analyse op het randje”, aldus Van Vulpen.

Verdere metingen met de LHC in de komende jaren zal de onzekerheid in de gevonden levensduur van de higgs uiteindelijk nog halveren, verwacht Van Vulpen. Dat daarbij alsnog onbekende vervalskanalen worden gevonden, noemt hij niet erg waarschijnlijk, maar ook niet uit te sluiten.