Volgens de meeste natuurkundigen moet het er toch echt zijn: het Higgsdeeltje. Helaas wil het niet echt meewerken om ontdekt te worden. Waar is het Higgsdeeltje voor nodig en waarom denken de meeste natuurkundigen, ondanks het vrijwel afwezige experimentele bewijs, dat het wel móet bestaan?
Waarom is er zoiets als het Higgsdeeltje nodig?
In het Standaardmodel van de natuurkunde komen alle natuurverschijnselen, de zwaartekracht uitgezonderd, voort uit drie (of liever gezegd: twee) krachten: de sterke kernkracht, de elektromagnetische kracht en de zwakke kernkracht. Beide laatste krachten blijken manifestaties van één kracht te zijn: de elektrozwakke kracht.
Dit model beschrijft alle bekende deeltjes: quarks, leptonen (zoals elektronen en neutrino’s) en ijkbosonen (fotonen, gluonen, W- en Z-deeltjes), vrij aardig. Ook samengestelde deeltjes, zoals de uit drie quarks bestaande protonen en neutronen, kunnen goed worden beschreven.
Waar komt massa vandaan?
Er is echter één probleem: massa. De vergelijkingen van het Standaardmodel verklaren niet waarom bijvoorbeeld de massa van het W-boson veel groter is dan die van een elektron of neutrino of waarom fotonen geen massa hebben en quarks wel. Of, waarom de massa’s van de deeltjes zo groot zijn als ze zijn.
Higgsmechanisme
Om die reden is het zogeheten Higgsmechanisme geïntroduceerd in het Standaardmodel. Volgens de theorie is ruimtetijd gevuld met een zee van Higgsdeeltjes, die samen het Higgsveld vormen. Deze deeltjeszee vormt een soort stroop, waar deeltjes als elektronen, quarks en Z-bosonen doorheen waden.
Hoe sterker de interactie met de Higgsdeeltjes, hoe trager de deeltjes, m.a.w. hoe zwaarder ze zijn. Fotonen en gluonen reageren helemaal niet met Higgsdeeltjes, waardoor ze massaloos zijn. W- en Z-deeltjes reageren heel sterk, waardoor ze zeer zwaar zijn.
Met behulp van het Higgsmechanisme zijn deeltjesfysici er in geslaagd de massa’s van de toen nog onontdekte top- en downquark, alsmede de W- en Z-deeltjes te voorspellen. Toen deze deeltjes daadwerkelijk werden ontdekt, bleken de gemeten massa’s overeen te komen met de voorspelde waarden. Dit leverde de ontdekkers en voorspellers verschillende Nobelprijzen op en is op zich een sterk argument voor het bestaan van het Higgsveld.
De theoretische nadelen van het Higgsdeeltje
Het Higgsveld bestaat uit deeltjes met massa (volgens de laatste schattingen heeft een Higgsboson een massa rond de 125 GeV/c2: plm. 133x zo zwaar als eeen proton, dus ongeveer een atoom van een zwaar element als barium), toch is ruimtetijd massaloos. Dit “probleempje” wordt doorgaans opgelost door een wiskunstig handigheidje: renormalisatie, dat er op neerkomt dat oneindigheden tegen elkaar worden weggestreept.
Ook is het Higgsdeeltje een scalair boson met spin nul. Dit betekent dat het geen richting heeft, geen snelheid kan hebben en dat de effecten van het Higgsveld niet afhangen van plaats of snelheid.
Het voornaamte argument tegen het Higgsdeeltje is m.i. dat het Higgsdeeltje in feite niet nodig is. Massa is iets dat ook opgewekt kan worden door interacties met virtuele deeltjes. In feite kunnen ook fotonen een virtuele massa krijgen door ze door een transparant materiaal te sturen. Niettemin: experimenten zullen het laatste woord hebben.
Nawoord Higgsdeeltje
Ik bleek hier ongelijk te hebben. Inderdaad is nu het Higgsdeeltje volgens strenge natuurkundige normen (kans kleiner dan één op de miljoen dat deze waarnemingen niet kloppen), aangetoond. Natuurkundige theorieën zullen dus rekening met het Higgsdeeltje en het Higgsveld moeten houden.
Nog wat aanvullingen.
Als je in een deeltjesversneller van beide kanten 2 deeltjesstromen op elkaar laat botsen, dan ontstaat er in het botsingsvlak een hoeveelheid “vrije” energie. Deze “vrije” energie gaat echter deels razendsnel over in de bekende trits elementaire deeltjes met massa. Op dat energie-niveau zien wij dus massavoerende deeltjes uit “vrije” energie ontstaan zonder dat er een Higgsboson noodzakelijk is voor deze transformatie.
Een min of meer overeenkomstig fenomeen vindt plaats als een foton (= intermediair “deeltje”) met een voldoende hoge energie plotsklaps verandert in een massavoerend deeltje (bijvoorbeeld een proton). Ook hier zien wij dus dat energiekwanta spontaan – onder bepaalde omstandigheden – omgezet wordt in een massavoerend deeltje zonder dat er een Higgsboson voor deze transformatie nodig is
Het omzetten van “vrije” energie in massa vindt dus overal in ons universum plaats zonder die “zee” aan Higgsbosonen. En toen deze kwestie zo rond 1985 volop in het nieuws kwam, was het o.a. Martinus Veltman die ageerde tegen de hypothese van het Higgsboson. Waarom dan het Higgsboson?
In de eerste helft van de vorige eeuw opperde de Engelse fysicus Paul Dirac het bestaan van een “zee” aan virtuele elektronen (en positronen) in de ruimte. Met andere woorden: vanuit het “niets” konden elektronen vanuit het elektromagnetisch veld tevoorschijn komen en kennelijk ook weer verdwijnen. Zowel theoretisch als experimenteel werd dit vermoeden bevestigd. Dat heeft o.a. geleid tot een verdere ontwikkeling van het denken over virtuele deeltjes binnen de kwantamechanica als verklarend mechanisme.
En nu hebben wij dus geen “zee” aan (virtuele) elektronen maar een “zee” aan (virtuele) Higgsbosonen. Maar… dit hypothetische model komt dus voort uit het denken van deeltjesfysici (vanuit de kwantumvelden geredeneerd, is dit beeld hoogst bedenkelijk).
Het in het artikel genoemde schijnbeeld van een “stroop” die bestaat uit virtuele Higgsbosons heeft zijn oorzaak in het bestaande denken over ruimte en tijd. Het was Albert Einstein die – helemaal binnen de toenmalige tijdgeest – poneerde dat fysici alleen moesten kijken naar wat daadwerkelijk meetbaar is. En omdat Albert Einstein geen mogelijkheid zag om een structuur te ontdekken aan de ruimte van het heelal, tuigde hij zijn theorie op met de relaties tussen het coördinatiestelsel van de waarnemer en dat van het object dat waargenomen wordt (dit valt allemaal te vinden op Wikipedia).
Stel je nu eens voor dat het Higgsveld niet bestaat uit “ronddrijvende” virtuele Higgsbosonen maar uit een scalair veld dat op zichzelf bestaat. Tja, dan klopt o.a. het standaardmodel van de evolutie van het heelal niet meer (op een “big-bang” gestoelde theorie). Dus het model van die “stroop” is niets anders dan een tijdsgebonden voorstelling van zaken waar eigenlijk geen enkel bewijs voor is.
Toevallig zag ik op internet dat het huidige nummer van NWT een artikel bevat van Eric Verlinde. Uit dat artikel wordt duidelijk dat Eric Verlinde de knuppel in het hoenderhok wil gooien: het ter discussie stellen van het denken van de deeltjesfysici. Pfff… eindelijk!
Waar staat de naam “Higgs” eigenlijk voor? Is dat iemand?
Anita, typ: Higgs, in het zoekvenster van Google bijv. en je ziet verschillende links waaronder ‘Higgs-boson Wikipedia’. In een link van Wikipedia staat encyclopedische informatie, waaronder dat het Higgs-boson of Higgsdeeltje een door Peter Higgs voorspeld maar nog niet waargenomen elementair deeltje is.
Je kan dus een zoekwoord intypen en ook je eigen vragen, maar natuurlijk kun je je vragen ook altijd hier stellen, als je nog vragen hebt stel ze gerust.Â
[quote]
Het voornaamte argument tegen het Higgsdeeltje is m.i. dat het Higgsdeeltje in feite niet nodig is. Massa is iets dat ook opgewekt kan worden door interacties met virtuele deeltjes.
[/quote]
Ik vrees dat je het Higgsmechanisme niet begrijpt Germen, want dit is exact wat het Higgsmechanisme nu doet. Het is een veld wat interacteert met andere massieve deeltjes waardoor er massatermen ontstaan, en het quantum van dit veld is het Higgsdeeltje, wat virtueel is.
Â
Wat jij nu zegt is zoiets als “evolutie is niet nodig, want biodiversiteit kan ook verklaard worden vanuit natuurlijke selectie”.
Â
[quote]
Het Higgsveld bestaat uit deeltjes met massa (volgens de laatste schattingen heeft een Higgsboson een massa rond de 125 GeV/c2: plm. 133x zo zwaar als eeen proton, dus ongeveer een atoom van een zwaar element als barium), toch is ruimtetijd massaloos. Dit “probleempje†wordt doorgaans opgelost door een wiskunstig handigheidje: renormalisatie, dat er op neerkomt dat oneindigheden tegen elkaar worden weggestreept.
[/quote]
Dit slaat nergens op. De uitspraak “ruimtetijd is massaloos” is niet gedefinieerd in het standaardmodel. Bovendien heeft het niks met renormalizatie te maken: renormalizatie is een herdefiniering van parameters omdat je perturbatieve berekeningen doet, en door de luseffecten je deze parameters moet herzien.
Â
[quote]
Ook is het Higgsdeeltje een scalair boson met spin nul. Dit betekent dat het geen richting heeft, geen snelheid kan hebben en dat de effecten van het Higgsveld niet afhangen van plaats of snelheid.
[/quote]
Dit slaat ook nergens op. Een quantum van een scalair deeltje kan prima een richting of snelheid hebben; het scalaire karakter vertelt je enkel iets over de transformatie van het veld onder Lorentz transformaties, niet over de mogelijke dynamica van het desbetreffende deeltje!
Â
Als je toch “kritiek” op het Higgsmechanisme wilt hebben, dan kun je “naturalness” noemen: de massa van scalaire deeltjes wordt niet “beschermd” door symmetrieën (maw; er komen geen symmetrieën te voorschijn wanneer je de massa naar 0 stuurt, wat b.v. voor fermionen wel geldt), waardoor luseffecten de massa “onnatuurlijk groot” maken. Hierdoor wordt renormalizatie “onnatuurlijk”. Een mogelijke oplossing is supersymmetrie, waardoor de kwadratische divergenties logaritmisch worden gemaakt.
Â
Â
2 Maanden na dit artikel is het wel ontdekt.