Het mechanisme achter het boson, dat door Peter Higgs en door François Englert en de inmiddels overleden Robert Brout is voorgesteld, dateert van vijftig jaar geleden. Er zijn dus vijf decennia aan technologische ontwikkeling overheen gegaan vooraleer we het boson konden detecteren. Hier was een immens krachtige deeltjesversneller voor nodig, namelijk: de Large Hadron Collider. Dat zegt iets over de enorme vooruitgang die we tijdens de tweede helft van de voorbije eeuw hebben gerealiseerd.
Waarin schuilt het belang van de ontdekking van het Higgs-deeltje dan precies?
We laten François Englert, die samen met Peter Higgs de Nobelprijs voor Natuurkunde verkreeg, even aan het woord: ‘In het midden van de vorige eeuw hadden we een heel goede beschrijving van zowel de zwaartekracht als de elektromagnetische kracht. Die twee krachten zijn ons goed bekend, want ze werken op zowel grote als kleine afstanden. Het volstond naar de planeten en sterren te kijken, of wat met een magneet te spelen, om inzicht te krijgen in die krachten. Maar wat moesten we met de krachten die werkzaam zijn binnenin de atoomkern, die de protonen en neutronen samen houden en die ervoor zorgen dat er zoiets bestaat als spontaan radioactief verval? Want eenmaal voorbij de buitenste rand van de atoomkern werken die krachten niet meer, het zijn zogenaamde ‘kortdragende’ kernkrachten.’
‘Samen met Robert Brout bedacht ik een mechanisme dat kon verklaren waarom de elektromagnetische kracht en de zwaartekracht over immense afstanden kunnen ‘dragen’, terwijl de kernkrachten dat niet kunnen. Door dat mechanisme bezitten de krachtvoerende deeltjes van de kernkrachten, de zogenaamde ‘bosonen’, in tegenstelling tot de fotonen bij de elektromagnetische kracht, wél een massa. Die massa zorgt ervoor dat deze deeltjes relatief traag zijn en snel vervallen. Het is dit mechanisme, dat gebaseerd is op zogenaamde ‘spontane symmetriebreking’, dat wij voorstelden in ons artikel uit 1964 en dat er dus voor zorgt dat de bosonen van de kernkrachten een massa bezitten. Later werd dit het Higgs-mechanisme.’
Wat is een scalair boson?
‘Scalair’ betekent dat het achterliggende krachtveld, waarvan het boson dus slechts een materiële ‘uiting’ is, geen voorkeursrichting bezit. Dit bosonveld strekt zich uit over het hele universum, en doordat materiedeeltjes doorheen dit veld reizen, verkrijgen ze massa – als het ware door de wrijving die ze van dit veld ondervinden. Dit veld valt nog het best te vergelijken met een drukveld in een waterbassin, want daarbij speelt oriëntatie ook geen rol. Bij een magnetisch veld heb je bijvoorbeeld wel een voorkeursrichting, in de vorm van een magnetische noord- en zuidpool. De naam klinkt nogal technisch, dat geef ik toe. 'Scalair' zegt iets over een bijzondere eigenschap van het bosonveld, namelijk: dat het geen voorkeursrichting heeft – en dus zal het scalair boson ook geen spin bezitten.
Nu het bestaan van het Higgs-boson is bevestigd, blijven er nog wel vele vragen open. Volgens Englert gaan de meest belangrijke vragen over het incorporeren van de zwaartekracht in het standaardmodel – de zwaartekracht dus verenigen met de drie andere krachten. Want een fundamenteel probleem blijft bestaan: het blijkt vooralsnog onmogelijk om de zwaartekracht te beschrijven in de taal van het standaardmodel, zijnde: de kwantummechanica.
Het grote probleem daarbij is natuurlijk dat experimenten hieromtrent zeer moeilijk zijn uit te voeren, want kwantummechanische effecten op de zwaartekracht zijn zo ontiegelijk klein dat we zelfs niet in de buurt komen om ze te kunnen detecteren. Behalve dan misschien tijdens de eerste seconde na de big bang, toen de zwaartekracht waarschijnlijk veel en veel sterker was. We zullen dus een omweg moeten maken via de kosmologie om tot een antwoord te komen.
Bron: Eos Weekblad