Na bijna vijftig jaar zoeken bevestigen twee onafhankelijke experimenten het bestaan van het deeltje dat alle materie massa geeft — en Peter Higgs veegt een traan van zijn wang.
Het is negen uur 's ochtends op 4 juli 2012 wanneer de deuren van het hoofd-auditorium van CERN in Genève openzwaaien. Vijfhonderd mensen persen zich in een ruimte gebouwd voor de helft. Wetenschappers in spijkerbroek zitten op de trappen. Journalisten met camera's op statief staan langs de muren. Leidinggevenden in maatpak kijken van buiten door de deuren mee. Honderden kilometers verderop, in Chicago, Tokio en Sydney, loggen collega's in op een livestream. Bij Fermilab in de Verenigde Staten zijn tweehonderd wetenschappers midden in de nacht opgestaan. In een hoek van het auditorium zit een 83-jarige man in een grijsblauwe jas. Zijn haar is wit, zijn handen liggen rustig in zijn schoot, maar zijn ogen zijn alert. Peter Higgs is gekomen om te horen of hij gelijk had.
Een theorie zonder bewijs
Bijna vijftig jaar eerder, in augustus 1964, worstelt de jonge theoretisch fysicus Peter Higgs in zijn kantoor aan de Universiteit van Edinburgh met een fundamenteel probleem. Het Standaard Model — de theorie die beschrijft waar alle materie in het heelal uit bestaat — werkt alleen als elementaire deeltjes massaloos zijn. Maar dat klopt niet met de werkelijkheid. Elektronen hebben massa. Quarks hebben massa. Zonder massa zouden er geen atomen zijn, geen sterren, geen leven.
Higgs ziet een uitweg. Hij stelt een onzichtbaar veld voor dat het hele heelal doordringt als een onzichtbare stroop. Deeltjes die door dat veld bewegen en eraan koppelen, ondervinden weerstand. Die weerstand nemen wij waar als massa. En als dat veld bestaat, dan moet er ook een bijbehorend deeltje zijn — een kwantumrimpel in het veld. Later zal men het het Higgs-boson noemen. Om diezelfde tijd publiceert de Belgische fysicus François Englert in Brussel dezelfde theorie, onafhankelijk van Higgs, samen met zijn collega Robert Brout. Twee teams, één ontdekking. Maar bewijzen? Daarvoor is een machine nodig die er nog niet is.
De grootste machine ter wereld
Die machine komt er uiteindelijk. De Large Hadron Collider: een ringtunnel van zevenentwintig kilometer, tachtig tot honderd meter onder de grond op de grens van Zwitserland en Frankrijk. Bijna tien miljard euro aan bouwkosten. Meer dan tien jaar bouwtijd. Tweeduizend suprageleidende magneten, gekoeld tot min tweehonderd zeventig graden Celsius — kouder dan de ruimte. In die tunnel worden protonen versneld tot bijna de lichtsnelheid en tot botsing gebracht. De botsingen produceren een vuurwerk van subatomaire deeltjes, en in dat vuurwerk zoeken twee onafhankelijke experimenten — ATLAS en CMS, elk bestaand uit drieduizend wetenschappers uit vijftig landen — naar het onzichtbare.
Vijf sigma
Op 4 juli 2012, om negen uur, betreedt Joe Incandela het podium. De 56-jarige Amerikaanse deeltjesfysicus en woordvoerder van CMS heeft de afgelopen nachten nauwelijks geslapen. Hij toont de data: een duidelijke piek, gecentreerd rondom honderdvijfentwintig gigaelectronvolt. Zijn stem blijft vlak, maar zijn handen trillen licht. "De statistische significantie is vijf komma nul sigma." In de zaal klinkt gemompel. Achterin begint iemand te huilen.
Dan volgt Fabiola Gianotti, de 51-jarige Italiaanse woordvoerder van ATLAS. Zij toont een onafhankelijke meting: andere detector, andere software, andere analysemethode. En toch dezelfde piek. Vijf komma negen sigma. De wiskundige kans dat dit toeval is: nagenoeg nul.
Om tien uur veertig staat CERN-directeur Rolf Heuer op. De zaal valt stil. "Ik denk dat we het hebben gevonden," zegt hij langzaam. Het auditorium ontploft. Wetenschappers barsten in tranen uit. Cameramensen vergeten te filmen. Dan voegt Heuer eraan toe: "Als leek zou ik zeggen: nu hebben we het." Peter Higgs veegt een traan van zijn wang. "Ik had nooit verwacht dat dit in mijn leven zou gebeuren," zal hij later zeggen.
Waarom dit kwartier beslissend was
Wat er die ochtend van 4 juli 2012 wordt ontdekt, is niet zomaar een nieuw deeltje. Het is de bevestiging van een fundamentele eigenschap van de werkelijkheid — een onzichtbaar veld dat het hele heelal doordringt, overal aanwezig, altijd, vanaf het begin van de tijd. Zonder het Higgs-veld zouden er geen atomen zijn, geen moleculen, geen sterren, geen planeten, geen leven. Het Higgs-boson is het laatste puzzelstuk van het Standaard Model, de kroon op vijftig jaar theoretisch werk en de inspanning van tienduizend wetenschappers uit vijftig landen. In oktober 2013 ontvangen Peter Higgs en François Englert de Nobelprijs voor de Natuurkunde. De ontdekking in Genève markeert het moment waarop een elegante wiskundige hypothese uit 1964 definitief overgaat in wetenschappelijk feit — en waarop de mensheid een fundamenteel nieuw begrip verwerft van waarom materie massa heeft.