Higgs en de diepere laag van het leven

Euforie. Bezorgdheid. Verbazing. Zo vat Stan Bentvelsen zijn jaar met de ontdekking van het Higgsdeeltje samen.

Nederland, Amsterdam, 5 december 2012 Stan Bentvelsen NIKHEF Foto: Merlijn Doomernik

Stan Bentvelsen vindt het niks, het plan van de krant om hem een jaar te ‘volgen’.

„Waarom mij?”

Nou, omdat hij op het Nederlands instituut voor deeltjesfysica Nikhef leiding geeft aan veertig promovendi, postdocs en seniorfysici.

Omdat zijn team meedoet aan het Atlas-experiment bij de enorme LHC-versneller van het Europees instituut voor deeltjesonderzoek Cern, bij Genève.

Omdat een deel van zijn team ook jarenlang heeft meegewerkt aan de bouw van dat haast onvoorstelbare Atlas-apparaat, dat werkt op de grens van wat nog nét mogelijk is.

En vooral: omdat Atlas – zo groot als het paleis op de Dam, zo zwaar als de Eiffeltoren en met details fijner dan de dikte van een haar – straks weer uit zijn winterslaap ontwaakt.

Ja, en dan, als ook de gigantische LHC-versneller weer draait, moet Atlas gaan meten. Beter: Atlas moet samen met die LHC-versneller het langverwachte Higgsdeeltje ontdekken. Dit jaar nog. Daar ‘rekent’ iedereen op.

„Maar ik ben al zo vaak in de media geweest”, sputtert Bentvelsen – en dat klopt. In kranten, op de radio, maar ook op Twitter en in blogs geeft Bentvelsen geregeld commentaar op de zoektocht naar de Higgs. En hij speelde een hoofdrol in de Nederlandse documentaire Higgs, into the Heart of Imagi-nation. Met een grote grijns fietste hij daarin rond.

Was dat te veel van het goede? Hij drukt zijn vingertoppen tegen elkaar en staart door de ramen van zijn Amsterdamse werkkamer. „Oké”, zegt hij dan. „Als je maar schrijft dat ik spreek namens een groep mensen. En als het niet over mij persoonlijk gaat.”

Theoretici mogen hun eigen gedachten hebben, als dat lukt, maar de experimentele deeltjesfysica is teamwork.

Maart

Heeft Bentvelsen nog steeds geen zin? Slokt de Higgs hem op? Een afspraak maken kost moeite.

In Genève is net de winterstop afgelopen. Door de 27 kilometer lange, ondergrondse en ringvormige LHC-versneller razen weer protonen met bijna de lichtsnelheid.

Die deeltjes zijn opgehoopt in van elkaar gescheiden pakketjes. Zo’n 1.400 pakketjes draaien elke seconde 11.000 rondjes linksom door de LHC-ring, zo’n 1.400 andere draaien elke seconde evenveel rondjes rechtsom. Precies in het hart van de Atlas-detector kruist elk pakketje bij elk rondje een tegenligger.

Dat geeft deeltjesbotsingen, inderdaad: bij elke kruising klapt een stel deeltjes frontaal op elkaar. En uit die botsingen proberen fysici met een cocktail van fysica, statistiek en precisiemetingen Higgsdeeltjes te destilleren.

Dat zit zo. Volgens de beroemdste wet van Einstein (E=mc2) kunnen uit de energie die bij de botsing vrijkomt, nieuwe deeltjes ontstaan. Volgens de wetten van de quantummechanica duiken die deeltjes op als in een ingewikkeld kansspel, in talloze varianten en combinaties. En volgens de theorie van Peter Higgs, Robert Brout en Francois Englert kan daar ook een Higgs tussen zitten – in één op de vijf miljard botsingen.

De kunst van het meten, met Atlas dus, is om die sporadisch opduikende Higgsdeeltjes te herkennen. Tussen miljoenen andere deeltjes die de Atlas-detector bij botsingen laten oplichten als een kerstboom. De Atlas-onderdelen liggen als de schillen van een grootse ui rond het botsingspunt. 150 miljoen elektronische kanalen leggen vast hoe wegspattende deeltjes daar doorheen schieten.

„In de winter hebben we hard gewerkt aan de analyse van meetgegevens van 2011”, zegt Bentvelsen, als we dan toch op zijn Amsterdamse werkkamer zitten. „Vooral om beter te begrijpen hoe Atlas op deeltjes reageert.”

Dat geeft inzicht in de ‘handtekening’ die Higgsdeeltjes achterlaten wanneer ze uit elkaar vallen in dochterdeeltjes, die daarna kenmerkende sporen trekken in de ‘uienschillen’. Volgende week zullen Nederlandse fysici daarover in het Italiaanse Ischia met buitenlandse collega’s praten. Daarna zullen ze zich over de nieuwste data buigen.

Intussen heeft Bentvelsen soms slapeloze nachten. Dan vreest hij dat de buitenwereld de schouders zal ophalen, straks, als de Higgs eindelijk opduikt. „Zo van: die Higgs was toch allang voorspeld?”

Snappen mensen wel dat je experimentele bevestiging moet hebben, vraagt hij zich af. Dat je zonder metingen niks zeker weet?

Juni

Bentvelsen is net terug van een werkbezoek op Cern. „Er wordt keihard gewerkt.”

Volgend jaar gaat de LHC-versneller twee jaar voor reparatie uit de roulatie, dus de deeltjesfysici willen het Higgsdeeltje per se voor eind december vinden. En er is goede kans dat dat lukt – als de versneller niet stilvalt en Atlas niet hapert. Na het eerste jaar meten, doken in december 2011 de eerste signalen van een mogelijk Higgsdeeltje op.

„Maar het kunnen toevalstreffers zijn geweest”, zegt Bentvelsen. Zoals een vochtplek in het behang een gezicht kan lijken, zoals willekeurige klanken toevallig een verstaanbaar zinnetje kunnen vormen, zo kunnen willekeurige deeltjessporen de ‘handtekening’ van de Higgs nabootsen.

Juist daarom verzamelen de deeltjesfysici honderden miljoenen deeltjesbotsingen. Zo willen ze voorkomen dat ze alleen wat van die ‘nephandtekeningen’ vinden. En pas als de kans dat het om toevallige dubbelgangers gaat kleiner is dan één op drie miljoen, nemen ze een nieuw deeltje serieus,

„Die zekerheid halen we niet voor juli, als de internationale deeltjesconferentie in Australië is”, zegt Bentvelsen. „Cern zal daar geen ontdekking aankondigen. Misschien gebeurt dat in september, op de deeltjesfysica-bijeenkomst in Krakau.”

4 juli

De Higgs bestaat.

De persconferentie in Genève, een dag voor de grote Australische conferentie, duurt eindeloos. Zelfs experts duizelt het van alle details. Maar: er is een deeltje aangetroffen. Met kenmerken van een Higgs. En terwijl dat deeltje wereldnieuws wordt, ontkurken Bentvelsen en al zijn collega’s in Genève, Amsterdam en andere steden de champagne.

Hun ontdekking heeft de kijk op het universum voorgoed veranderd.

9 juli

„Euforie. Nog steeds. Onwezenlijk.” Het enthousiasme van Bentvelsen spat uit de telefoon. Hij is weer in Nederland.

„Het gekke is, in de loop van het werk waren we met het einddoel helemaal niet meer bezig – we prutsten aan de detector, worstelden met software, tobden over tegenslagen... En nu ineens beseffen we: het bestaat echt, het deeltje waar we twintig jaar met man en macht naar gezocht hebben. Hier deden we het dus voor.”

Hij vertelt over de week voor de bekendmaking. „Op opeenvolgende avonden hebben we de blindering van de verschillende datasets opgeheven. En telkens bleek: de signalen zitten right on spot.”

Hij bedoelt dit. Het Higgsdeeltje kan op meerdere manieren uit elkaar vallen, en zo verschillende handtekeningen in Atlas achterlaten. Maar de fysici hadden tijdens de analyse bepaalde details van het mogelijke nieuwe deeltje afgeschermd – ‘geblindeerd’. Zo wilden ze voorkomen dat ze onbewust op een gewenste uitkomst stuurden. En zo konden ze alle handtekeningen pas op het laatst echt bekijken en vergelijken.

Bentvelsen: „Op de avond voor de bekendmaking hebben we nog uren vergaderd. Zijn de resultaten werkelijk solide? Hoe maken we ze bekend? En ook: waarmee zal tegenhanger CMS (het tweede experiment bij de LHC-versneller, red.) komen? De CMS-collega’s mochten, net als wij, niks naar buiten brengen. Maar goed: de resultaten van Atlas en CMS bleken elkaar dus te bevestigen.”

Hij lacht. „Ik ben nog steeds verbaasd.”

September

„Krakau is de stad waar Stanislaus vandaan kwam – ik ben op zoek naar het standbeeld van de man naar wie ik ben genoemd”, twittert Bentvelsen. De bijeenkomst in Krakau heeft een ander karakter gekregen dan hij een paar maanden geleden dacht. Het gaat niet over de ontdekking van de Higgs, maar over: hoe verder na de Higgs? Er worden plannen voor nieuwe, nog grotere versnellers besproken.

„Natuurlijk moeten we verder”, zegt Bentvelsen een paar dagen later in Amsterdam. „Kijk, als je vijf quarks hebt ontdekt en je vindt een zesde, dan is dat mooi, maar niet verrassend. Terwijl het Higgsdeeltje – dat is zó anders dan alle andere bouwsteentjes van de materie. Het Higgsdeeltje geeft al die andere deeltjes massa. Het doet iets wat we nooit eerder gezien hebben. Er gaat een nieuwe wereld achter schuil.”

Maar eerst moeten de experimenten op Cern worden afgemaakt, zegt hij dan weer terughoudender. Want: „Misschien is dit deeltje geen Higgsdeeltje. Of misschien gedraagt het zich toch iets anders dan wij van een Higgsdeeltje verwachten. Dat we het al in juli ontdekten, kwam bijvoorbeeld doordat het 20 procent vaker opdook dan voorspeld. Dat kan toeval zijn, alweer, maar dat moeten we eerst onderzoeken.”

Klinkt daar reserve? „Ik blijf sceptisch, ja. Eerlijk gezegd vind ik de Higgs wiskundig gezien een beetje een gedrocht. Daarom heb ik ook wel stiekem gehoopt dat we hem niet zouden vinden. Dat de natuur toch anders in elkaar zou zitten. Eleganter. Ik vind het nog steeds raar dat de natuur zich voegt naar zulke ingewikkelde, bijna lelijke wiskunde. Of beter: naar zulke bedachte, niet eenvoudige concepten.”

Hij zet zijn vingertoppen tegen elkaar. „Misschien zit er iets diepers onder. Ook daarom moeten we verder op zoek.”

December

„Weet je zeker dat je dit wilt doorzetten?”, vraagt Bentvelsen. Huh? We hebben elkaar toch het hele jaar door gesproken? „Oké”, zegt hij.

Het mogelijke Higgsdeeltje is tijdens de verdere metingen steeds meer een echt Higgsdeeltje gebleken. „Ik denk niet dat we daarover al in december publiceren, maar alles wijst erop dat dit de echte Higgs is.” En ‘het jaar van de Higgs’ blijkt in drie woorden samen te vatten: euforie, bezorgdheid, en verbazing.

Euforie, zelfs nu nog af en toe, omdat „niks mooier is dan een ontdekking waarmee je een diepere laag aanboort onder bestaande kennis.” En omdat het „ongelooflijk is dat duizenden mensen samen twintig jaar naar een bijna onhaalbaar doel toewerken, én het bereiken”.

Bezorgdheid, nog steeds, dat de buitenwereld nu denkt dat de deeltjesfysica af is.

En verbazing, ook nog steeds, dat dit Higgsdeeltje, dit vreemde wiskundige gedrocht, kennelijk echt bestaat.

Hij kijkt. „Op een vreemde manier past zo’n driehoek van gevoelens bij de rest van dit jaar”, zegt hij dan. „Dat zat ook vol wisselingen.”

„Eind vorig jaar is mijn vader overleden. Dit voorjaar ben ik hertrouwd, dat was juist iets moois. En een maand na de ontdekking van de Higgs is mijn broer doodgegaan. Een hartstilstand.

„Het maakte alles anders. Ik kan het niet goed verwoorden, maar het is alsof het leven een diepere laag heeft gekregen. Ik ben anders naar mensen gaan kijken. Ik zie kanten aan ze die ik vroeger niet zag.”

Hij aarzelt. „Het klinkt esoterisch, zeker voor een natuurkundige, maar op een vreemde manier paste de ontdekking van de Higgs daarbij. Misschien omdat ook de Higgs voor een diepere laag zorgt – een onderstroom die we niet helemaal begrijpen, maar die er wel is.”

Komen deze woorden wel over, vraagt hij dan, want het klinkt allemaal niet zo duidelijk. „Maar op een gekke manier was dit jaar dus, ondanks alles, ook mooi.” Stilte. „Kennelijk is het leven zo.”

Het is niet te verwoorden. Het is.