Het Beslissende Kwartier
Higgs-deeltje: de ontdekking bij CERN in 2012
Historisch moment: 4 juli 2012
https://hetbeslissendekwartier.nl/afleveringen/de-ontdekking-van-het-higgs-deeltje.html

Transcript (op basis van het script)
Deze leesversie is gebaseerd op het afleveringsscript. De tekst is niet woordelijk gecontroleerd tegen de uiteindelijke audio. Regieaanwijzingen en productienotities zijn weggelaten.

CERN, Genève, 4 juli 2012. Het is negen uur.

In de gangen van het hoofd-auditorium van 's werelds grootste wetenschappelijke laboratorium dringen de mensen naar binnen. Wetenschappers in spijkerbroek. Journalisten met camera's op statief. Leidinggevenden in maatpak. De zaal is al lang te klein — mensen zitten op de trappen, staan langs de muren, kijken van buiten door de deuren mee. Vijfhonderd mensen in een ruimte gebouwd voor de helft.

Honderden kilometers verderop loggen wetenschappers in op een livestream. In Chicago, Tokio, Sydney. In de VS is het midden in de nacht. Tweehonderd wetenschappers bij Fermilab zijn toch opgestaan.

Want vandaag gaat CERN iets vertellen over het meest gezochte deeltje in de geschiedenis van de wetenschap.

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. Hij is Peter Higgs — de Schotse theoretisch fysicus die bijna vijftig jaar geleden een theorie schreef waaruit dit alles voortkwam. Hij is gekomen om te horen of hij gelijk had.

Dit is Het Beslissende Kwartier — De ontdekking van het Higgs-deeltje.

Om te begrijpen wat er die ochtend staat te gebeuren, moeten we terug. Terug naar augustus 1964. Naar een bescheiden kantoor aan de Universiteit van Edinburgh.

Peter Higgs is 35 jaar oud. Relatief onbekend. Een theoretisch fysicus die worstelt met een fundamenteel probleem in de deeltjesfysica.

Het Standaard Model — de theorie die beschrijft waar alle materie in het heelal uit bestaat — heeft een zwakke plek. De wiskundige vergelijkingen werken alleen als elementaire deeltjes massa-loos zijn. Maar dat klopt niet met de werkelijkheid. Elektronen hebben massa. Quarks hebben massa. Zonder massa zouden er geen atomen zijn, geen sterren, geen planeten, geen leven.

Higgs ziet een uitweg. Hij stelt een onzichtbaar veld voor — alomtegenwoordig, het hele heelal doordringend als een onzichtbare stroop. Deeltjes die door dat veld bewegen en er aan koppelen, ondervinden weerstand. Die weerstand nemen we 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.

Higgs stuurt zijn paper in bij het tijdschrift Physics Letters. Afgewezen. Niet relevant genoeg, luidt het oordeel. Hij bewerkt het, stuurt het opnieuw. Ditmaal wordt het gepubliceerd.

Om diezelfde tijd, in Brussel, publiceert de Belgische fysicus François Englert dezelfde theorie — onafhankelijk van Higgs, samen met zijn collega Robert Brout. Twee teams. Eén en dezelfde ontdekking. Maar bewijzen? Daarvoor heb je een machine nodig die er nog niet is.

Die machine komt er uiteindelijk. Na decennia van voorbereiding, onderhandelen en bouwen.

De Large Hadron Collider. Een ringtunnel van zevenentwintig kilometer, tachtig tot honderd meter onder de grond op de grens van Zwitserland en Frankrijk. De grootste, duurste en meest complexe machine die mensen ooit hebben gebouwd. De bouwkosten: bijna tien miljard euro. De bouwtijd: meer dan tien jaar. Tweeduizend suprageleidende magneten, gekoeld tot min tweehonderd zeventig graden Celsius — kouder dan de ruimte.

In die tunnel worden protonen versneld tot bijna de lichtsnelheid. Dan botsen ze met energie die nooit eerder in een laboratorium werd bereikt. De botsingen produceren een vuurwerk van subatomaire deeltjes — tijdelijk, voor een fractie van een seconde. En in dat vuurwerk zoeken twee experimenten naar het onzichtbare.

ATLAS en CMS. Twee teams, elk van drieduizend wetenschappers uit vijftig landen. Ze gebruiken dezelfde botsingen, maar werken volledig onafhankelijk van elkaar. Verschillende detectoren. Verschillende software. Verschillende analysemethoden. Ze communiceren niet over hun bevindingen. Het is de meest rigoureuze wetenschappelijke dubbelcheck ter wereld.

In 2011 verschijnen de eerste hints. Een kleine piek in de data, rondom honderdvijfentwintig gigaelectronvolt. Maar hints zijn geen bewijs. In de deeltjesfysica heb je een signaal nodig van vijf sigma — de kans dat het toeval is, moet kleiner zijn dan één op drie-en-een-half miljoen.

Begin 2012 worden de analyses afgerond. De pieken worden sterker. In juni lekken interne dia's uit. De wereld raakt in opwinding.

4 juli 2012 wordt de datum.

Joe Incandela betreedt het podium.

De Amerikaanse deeltjesfysicus, 56 jaar oud en woordvoerder van het CMS-experiment, heeft de afgelopen nachten nauwelijks geslapen. Zijn team heeft de analyses de nacht van tevoren nog een laatste keer doorgekeken. Elk getal. Elke foutbalk. Elke aanname. In de wereld van de deeltjesfysica is een vergissing voor eeuwig.

Nu staat hij voor vijfhonderd mensen. Voor honderden camera's. Voor de webcam die zijn presentatie de wereld instuurt naar Fermilab, naar het Max-Planck-Institut, naar universiteiten in vijftig landen.

Hij begint rustig. De context. De methode. De detector. Dan de data.

Op het scherm verschijnen grafieken. Statistische verdelingen. Een lange, vlakke lijn — zo hoort het eruit te zien als er niets bijzonders is. En dan: een bult. Een duidelijke piek, keurig gecentreerd rondom honderdvijfentwintig gigaelectronvolt.

Incandela's stem blijft vlak, maar zijn handen trillen licht als hij de volgende dia opent.

"De statistische significantie", zegt hij, "is vijf komma nul sigma."

In de zaal klinkt gemompel. Mensen knikken. Wetenschappers die twintig jaar op dit moment hebben gewacht, kijken naar het scherm. In een rij achterin begint iemand te huilen.

Fabiola Gianotti is de volgende.

De Italiaanse deeltjesfysicus, 51 jaar oud en woordvoerder van het ATLAS-experiment, treedt het podium op terwijl de zaal nog natrilt van Incandela's presentatie. Ze vertegenwoordigt een team van drieduizend mensen — mensen die ze bijna allemaal persoonlijk kent.

Terwijl ze haar presentatie voorbereidt, denkt ze aan de duizenden collega's die in ploegendiensten de detectoren bewaakten. De promovendi die hun nachten doorbrachten in koude controlekamers. De ingenieurs met blaren op hun handen van de montage. Tien jaar werk. Honderd miljoen botsingen per seconde. Petabytes aan data.

Ze toont de ATLAS-data. Een onafhankelijke meting. Andere detector. Andere software. Andere analysemethode.

En toch: dezelfde piek. Honderdvijfentwintig gigaelectronvolt. Vijf komma negen sigma.

Twee onafhankelijke experimenten. Twee teams die niet met elkaar hebben gesproken over hun resultaten. Hetzelfde signaal.

De wiskundige kans dat dit toeval is: nagenoeg nul.

In de eerste rij kijkt Peter Higgs naar het scherm. Zijn kaak is gespannen. Naast hem zit François Englert, 79 jaar oud. Englert zegt niets. Maar zijn hand rust stijf op de stoelleuning, en zijn knokkels zijn wit.

Ze weten allebei wat er gaat komen.

Rolf Heuer staat op van zijn stoel.

De directeur-generaal van CERN — 64 jaar oud, Duits, een levenlang gewijd aan deeltjesfysica — loopt naar het podium. De zaal valt stil.

Hij spreekt langzaam. Bedachtzaam.

"Ik denk dat we het hebben gevonden."

Het auditorium ontploft. Mensen springen overeind. Wetenschappers barsten in tranen uit. Cameramensen vergeten te filmen. Iemand slaat zijn handen voor zijn gezicht. Vijfhonderd mensen vieren iets dat ze hun hele loopbaan hebben nagestreefd en waarvan sommigen vreesden het niet meer te zullen meemaken.

Heuer wacht tot de storm gaat liggen. Dan voegt hij eraan toe: "Als leek zou ik zeggen: nu hebben we het!"

Het applaus barstte opnieuw los. Langdurig. Aanhoudend. Schalend.

Peter Higgs veegt een traan van zijn wang. "Ik had nooit verwacht dat dit in mijn leven zou gebeuren", zal hij later zeggen. "Ik ga mijn familie vragen om champagne in de koelkast te zetten."

Om tien uur veertig barstte de zekerheid door. Wat er die ochtend 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. Deeltjes die door dat veld bewegen en er aan koppelen, verkrijgen massa. Deeltjes die er niet aan koppelen, zoals het foton, het lichtdeeltje, blijven massaloos en bewegen met de maximale snelheid.

Zonder het Higgs-veld zouden er geen atomen zijn. Zonder atomen geen moleculen, geen sterren, geen planeten, geen leven. Het is niet overdreven te zeggen dat het Higgs-veld een noodzakelijke voorwaarde is voor de wereld zoals wij die kennen.

Het Higgs-boson is het bewijs dat dit veld bestaat. Het is de rimpel in het onzichtbare — een kwantumexcitatie die slechts voor een fractie van een seconde bestaat voordat ze uiteenvalt in andere deeltjes, maar die in die fractie van een seconde alle theorieën bevestigt.

Achter de ontdekking gaan tienduizend wetenschappers schuil. Ingenieurs, technici, programmeurs, dataanalisten, promovendi. Mensen van vijftig nationaliteiten die een decennium lang hebben gebouwd, gemeten en gerekend. Wie de eer verdient? Iedereen die ooit heeft meegewerkt aan de LHC.

In de maanden na de aankondiging worden de gegevens van ATLAS en CMS verder geanalyseerd. De piek wordt nauwkeuriger gemeten. De spin van het deeltje wordt bepaald. De koppeling aan andere deeltjes wordt vergeleken met de theoretische voorspellingen van Peter Higgs uit 1964.

In maart 2013 is het definitief. Het gevonden deeltje is niet alleen consistent met het Higgs-boson. Het ís het Higgs-boson.

Op 8 oktober 2013 ontvangen Peter Higgs en François Englert de Nobelprijs voor Natuurkunde "voor de theoretische ontdekking van een mechanisme dat bijdraagt aan ons begrip van de oorsprong van massa van subatomaire deeltjes." De eerste reactie van Higgs: hij weet het niet eens. Hij is buiten wandelen en heeft zijn telefoon niet bij zich. Het nieuws bereikt hem pas laat op de middag via een journalist die hem op straat aanspreekt.

Englert neemt de prijs in ontvangst namens zichzelf, namens zijn in 2011 overleden collega Robert Brout, en namens de duizenden wetenschappers die hen bewezen hebben.

Peter Higgs overleed in april 2024, op 94-jarige leeftijd. Tot het einde bleef hij bescheiden — ongemakkelijk met de aandacht, voorzichtig over wat de ontdekking werkelijk betekent, en ruimhartig in zijn erkenning van de tienduizenden die het bewijs leverden.

De LHC draait nog steeds. Elke dag botsen er miljarden protonen in de tunnel onder de grens van Zwitserland en Frankrijk. Wetenschappers meten de eigenschappen van het Higgs-boson met steeds grotere precisie. Ze zoeken naar afwijkingen van de voorspellingen — naar aanwijzingen voor een diepere laag van de werkelijkheid, voor donkere materie, voor krachten die we nog niet kennen. Het Standaard Model is nu compleet, maar de vragen die er buiten vallen, zijn groter dan ooit.

Op 4 juli 2012, om tien uur veertig, wist de mensheid voor het eerst met absolute zekerheid: het Higgs-veld bestaat. De onzichtbare structuur die het heelal zijn substantie geeft, is gemeten. Bewezen.

Niet via openbaring. Niet via intuïtie. Maar via zevenentwintig kilometer versneller, tienduizend wetenschappers, en een signaal van vijf sigma.

Vond je deze aflevering de moeite waard? Like, abonneer en deel de podcast met iemand die dit ook moet horen. Je vindt ons op Spotify, Apple Podcasts en alle andere podcastplatformen. Suggesties voor nieuwe afleveringen? Mail 15minuten@doorzetters.net. Er is altijd een volgend beslissend kwartier.

Mijn naam is Julius van Rossum. Dit was Het Beslissende Kwartier. Vijftien Minuten Die Alles Veranderden.