Het begon in een natte tent

Bij CERN in Genève wordt met een versneller van zes miljard euro gejaagd op het kleine Higgsdeeltje.

Ontdekker Peter Higgs was op bezoek in Amsterdam.

In de kantine van het NIKHEF, het Nederlands instituut voor deeltjesonderzoek in Amsterdam, zit Peter Higgs (80) uit Edinburgh, samen met Nederlandse fysici van naam en faam. Higgs is hier wegens de première van de Nederlandse documentaire Higgs, into the heart of imagination. Hij eet een broodje kaas. Drinkt sinaasappelsap.

„En nee”, zegt hij. „Zo ging het niet.”

De vraag was: schoot het hem in 1964 zomaar te binnen, het idee dat later zou leiden tot het Higgsdeeltje? Dat deeltje dus waar nu duizenden fysici op jagen bij het CERN, het Europees instituut voor deeltjesonderzoek bij Genève? En waarvoor de afgelopen jaren met man en macht en meer dan zes miljard euro de LHC-versneller is gebouwd, de krachtigste versneller op aard.

Zijn ideeën groeiden eerder gestaag, zegt Higgs. „In de zomer van 1964 wist ik wel dat ik iets te pakken had. Misschien vergat ik daarom uit verstrooidheid om de instructie van de tent mee te nemen, toen we gingen kamperen in de Schotse bergen.”

Het plensde ook nog. Higgs en zijn vrouw waren onbedoeld beland op de plaats in Schotland waar de meeste regen valt. Ze strandden in een bed and breakfast en vertrokken iets eerder. Higgs: „Ik was blij dat ik weer terug kon.”

Terug op de universiteit van Edinburgh schreef hij het artikel dat hem wereldberoemd zou maken. „Maar ik liep dus niet eureka roepend rond”, zegt Higgs. En eet zijn broodje kaas.

Fysici noemen het Higgsdeeltje vaak ‘de kroon op het Standaard Model’. Dat model beschrijft de kleinste bouwsteentjes van alle materie die wij in de kosmos waarnemen – van sterren dus, en planeten, en mensen en atomen.

Het Higgsdeeltje kan verklaren waardoor veel van die elementaire deeltjes zelf massa kregen. Zodat ze traag bewegen en samenklonteren, en niet, zoals massaloze lichtdeeltjes, met de lichtsnelheid door de ruimte jakkeren.

Het Higgsdeeltje is niet alleen. Bij het deeltje hoort een ‘Higgsveld’, dat de ruimte vult. Zoals bij een lichtdeeltje (of: een foton) een elektromagnetisch veld hoort. Dat Higgsveld verbreekt de symmetrie in de modellen van elementaire deeltjes zodanig dat van de deeltjes die in aanvang allemaal massaloos waren, de meeste toch massa krijgen.

Ingewikkelde materie is het en daarom zijn er metaforen bedacht. Zo is de ‘spontane symmetriebreking’ wel vergeleken met de asymmetrie die vezels en nerven in hout veroorzaken. Deeltjes die met de nerf meereizen ondervinden in dit beeld geen enkele hinder – het zijn lichtdeeltjes, zeg maar. Deeltjes die haaks op de nerf bewegen, worden juist afgeremd. Ze worden traag en daardoor ‘zwaar’, zoals de materie waaruit planeten, sterren en mensen bestaan.

Een andere metafoor is die van een feestje waar Obama (een zeer zwaar deeltje) binnenkomt. Het rumoer daarover (het Higgsdeeltje) verspreidt zich over de zaal en zorgt ervoor dat mensen naar Obama toe bewegen. Doordat er allemaal mensen rond hem hangen – het Higgsveld – kan Obama zich daarna nog maar heel langzaam verplaatsen. Stukken langzamer dan bijvoorbeeld Balkenende, die in deze metafoor een veel lichter deeltje is.

De grote vraag die fysici de komende jaren op CERN willen beantwoorden is of zo’n Higgsveld ook in de echte fysische wereld aan het werk is. Of het Higgsdeeltje bestaat dus.

„Een beetje ironisch wel”, noemt Peter Higgs het dat zijn artikel, in 1964 dus, werd geweigerd door de redacteur van wetenschappelijk tijdschrift Physics Letters – een blad dat juist op CERN werd uitgegeven. „Veel later”, zegt Higgs, „hoorde ik van mijn kamergenoot in Edinburgh dat die redacteur niks van het artikel had gesnapt.” De man zag niet in wat ‘de relevantie ervan voor de natuurkunde kon zijn’, en stuurde Higgs een ‘beleefd briefje’ dat hij het bij een ander blad moest proberen. Nuovo Cimento bijvoorbeeld.

Higgs: „Pas later ontdekte ik ook dat die suggestie eigenlijk niet zo beleefd was, want Nuovo Cimento plaatste alle ingezonden artikelen zonder peer review.” Bijna ongeacht hun niveau dus.

Higgs zelf had toen al iets anders gedaan. Hij had een paragraaf aan het artikel toegevoegd. Daarin liet hij zien dat zijn ‘nieuwe’ mechanisme inderdaad deeltjes met massa kon voortbrengen. „Maar ik zocht in de verkeerde richting”, zegt hij. „Ik dacht namelijk aan hadronen.” Zulke deeltjes, die de sterke kracht (één van de vier krachten die materie bijeenhouden) voelen, stonden destijds in de schijnwerpers.

Toch zorgde juist ook die extra paragraaf er voor, denkt Higgs, dat zijn artikel werd geaccepteerd door het Amerikaanse wetenschappelijk tijdschrift Physical Review Letters, en vooral: de aandacht trok.

In een lezing voor zijn vakgenoten op het NIKHEF, vorige week vrijdag, zette Higgs uitgebreid uiteen wie zijn wegbereiders waren, en wie later alle puntjes op de i zetten. Hij noemde talloze mensen, onder wie een trits Nobelprijswinnaars.

Zoals Jochiro Nambu, die het idee van spontane symmetriebreking uit het vakgebied van de supergeleiders overhevelde naar de deeltjesfysica.

Zoals Phil Anderson, die net niet de laatste beslissende stappen zag, die Higgs wél nam.

Zoals Sheldon Glashow, Abdus Salam en Steven Weinberg die in het Standaard Model de elektromagnetische en de zogeheten zwakke kernkracht onder één noemer brachten.

En zoals de Nederlandse Gerard ’t Hooft en Martin Veltman, die begin jaren zeventig een theoretisch fundament onder die elektrozwakke theorie legden.

Want juist in die elektrozwakke theorie bewees het mechanisme van Higgs zijn kracht. Deze theorie brengt deeltjes zonder massa (de fotonen van de elektromagnetische kracht) samen met massieve deeltjes (zoals de zogeheten W- en Z-deeltjes van de zwakke kracht). En alleen Higgs’ mechanisme kon de asymmetrie in die massa’s goed verklaren – met wat iedereen sinds een druk bezocht congres in 1972 het Higgsdeeltje (of: Higgsboson) en het Higgsveld was gaan noemen.

Dat Higgsveld is te zwak, maar het Higgsdeeltje is misschien wel te vangen, dachten daarna steeds meer fysici. Indirect, via precisiemetingen op CERN en in de Verenigde Staten bij Fermilab aan de elektrozwakke kracht, leidden ze af waar en hoe het te vinden zou zijn. En eind jaren tachtig was de tijd rijp voor concrete plannen. Higgs: „Dat was het begin van ‘mijn leven als een boson’.”

Het had anders kunnen lopen. Toen op 31 augustus 1964 het manuscript van Higgs bij Physical Review Letters arriveerde, verscheen in dat blad net een artikel van de Belgische fysici François Englert en Robert Brout. Zij waren in Brussel, via een heel andere methode, tot dezelfde conclusie gekomen. „Doordat hun methode ingewikkeld was, waren ze wat onzekerder over het resultaat. Misschien brachten ze daarom de toepassingen in de deeltjesfysica minder aan de man”, zegt Higgs voorzichtig.

Hoe het ook zij: het ‘Englert-veld’ is nooit in zwang geraakt. Net zo min als het Broutboson – al heeft ook de naam Brout maar vijf letters, zoals Brout ooit wat wrang schijnt te hebben opgemerkt. En zelfs de lange opsommingen van Peter Higgs kunnen dit niet meer veranderen.

Is het niet vreemd om te zien dat er miljarden worden gestoken in de jacht op het deeltje dat zijn naam draagt? „Och”, zegt Higgs, „als fysici een ander deeltje hadden gezocht was er een even krachtige versneller nodig geweest en waren er net zulke complexe experimenten gebouwd.”

Andere vraag dan. Wat als het Higgsdeeltje niet wordt gevonden? Nu klinkt Peter Higgs resoluut. „Dan begrijp ik niets meer van het hele vakgebied dat ook een mysterie voor me was toen ik studeerde. En waarvan ik dacht dat ik het eindelijk wél begrepen had.”

    • Margriet van der Heijden