Zoals je je wel kan inbeelden is de fysica iets ingewikkelder dan 'er is genoeg energie dus we produceren veel Higgs deeltjes'. Voor de wat minder exotische deeltjes geldt dat vaak (bijvoorbeeld de W en Z bosonen waren te identificeren met net genoeg energie), maar voor het Higgs helaas niet. Een vuistregel is dat

1. Het Higgs deeltje zeer moeilijk geproduceerd wordt. LEP bijvoorbeeld haalde 2x209 GeV, maar zou in essentie eeuwen moeten draaien om redelijkerwijze 1 125GeV Higgs deeltje te creëren (hetzelfde geldt voor het top quark, maar in mindere mate).
2. Hoe hoger de energie is, hoe makkelijker het geproduceerd wordt. Bijvoorbeeld, door van 7 naar 8 TeV te gaan (met in essentie evenveel geanalyseerde data) hebben we vandaag een ontdekking van een deeltje, en eind vorig jaar niet.

eendavid schreef: ↑wo 04 jul 2012, 19:33


@robheus: klopt, het top quark is ongeveer 50 GeV zwaarder.

Is het dan eigenlijk niet vreemd dat we de topquark veel eerder vonden dan het Higgs? Of wisten we in het geval van het topquark beter waar er moest worden gezocht?

Ik nam altijd aan dat de apparatuur bij het CERN juist zo zwaar opgetuigd moesten worden om deeltjes met massa/energieën die hoger zijn dan wat we tot nu toe konden bereiken nodig was.

Bartjes schreef: ↑wo 04 jul 2012, 18:43
Men neemt dus aan dat in de natuur zekere symmetrieën gelden, en deze zijn in het standaardmodel alleen te realiseren wanneer er Higgs-deeltjes bestaan?

Klopt. Behalve dat het niet echt een aanname is maar eerder een unieke oplossing van een potentieel probleem (niet-renormaliseerbaarheid).


@robheus: klopt, het top quark is ongeveer 50 GeV zwaarder.

Begrijp ik goed dat het gevonden deeltje (een boson) ca. 100 x zwaarder is dan het proton?

Is het top quark niet veel zwaarder?

Men neemt dus aan dat in de natuur zekere symmetrieën gelden, en deze zijn in het standaardmodel alleen te realiseren wanneer er Higgs-deeltjes bestaan?

Tja, je kan eeuwig discussiëren over hoe goed of slecht analogieën zijn. Zoals je wel weet is de eigenschap 'massa' zeker niet gerelateerd aan de (niet bestaande) eigenschap 'vertraagt in vacuüm'. Dus ik vind het een vrij slechte analogie, vooral omdat ze leidt tot verkeerde conclusies. Zo zou men hieruit kunnen concluderen dat de massa verhoogt wanneer er meer Higgs bosonen zouden zijn enzo (dat correspondeert dan met een dikkere stroop), dat is natuurlijk niet het geval.


In feite is de eigenlijke berekening niet heel moeilijk, maar de motivatie is in feite moeilijker uit te leggen dan het Higgs mechanisme zelf. Het eigenlijke probleem is dat de krachtbosonen een massa hebben, maar dat deze bosonen owv renormalisatievoorwaarden ook ijkinvariant moeten zijn (ijkinvariantie is een specifieke symmetrie waaronder de theorie invariant is). De enige manier om dit te doen is een extra veld invoeren, en dat is het Higgs veld. In essentie lukt dit doordat de massa geen constante meer is, maar de waarde van het Higgsveld wanneer het zich in zijn grondtoestand bevindt (en deze transformeert ook onder de ijkinvariantie).

@ eendavid. Dank voor het antwoord. Ik ben al blij als ik op dit gebied ook maar enigszins kan volgen waar het over gaat, de alternatieve modellen laat ik hier maar liever buiten beschouwing.


Dan is er nog iets dat mij niet duidelijk is: men stelt het zo voor dat de Higgs-deeltjes als een soort van stroop de beweging van andere deeltjes hinderen, wat dan hun massa verklaart. Is het dan zo dat de gemiddelde snelheid van deze Higgs-deeltjes plaatselijk een absolute rustframe definieert?

Het Higgs mechanisme zoals standaard beschreven voorspelt een elementair, massief, spin 0 deeltje. Dus voor zover we weten is het nergens uit opgebouwd. Ik vermoed dat je wel zeer ingewikkelde modellen kan vinden waarin dit niet het geval is (er zou een confinement mechanisme moeten zijn, anders zouden we de constituenten al lang apart gezien hebben), maar ze zijn vergezocht (het is me niet meteen duidelijk hoe je de wetten van de constituente deeltjes zo krijgt dat er spontante symmetriebreking ontstaat voor het dan niet-elementaire Higgs veld), en waarschijnlijk experimenteel zeer sterk ingeperkt.

Is dat Higgs-deeltje net als protonen en neutronen nog ergens uit opgebouwd?

Het is vrij voorspelbaar dat er gesproken wordt over hoe interessant toekomstige observaties wel zullen zijn (en dat zijn ze ook). Er is volgens mij geen mens die denkt dat het niet om het Higgs deeltje gaat, dat bleek duidelijk als je de webcast volgde (Peter Higgs kwam aan het woord, er werden uitspraken gedaan als "I think we have it",...). Maar als het gaat om de vraag of het Standaard Model + Higgs tot zeer hoge energie een nauwkeurige beschrijving levert van de data moeten we waarschijnlijk nog even wachten (er is blijkbaar een gecombineerde 2.6 sigma deviatie van de SM+ Higgs voorspelling).

Ik begrijp uit de persconferentie, dat men een deeltje heeft ontdekt. Een boson op 125.3 ± 0.6 GeV. Met σ5 een onzekerheid van grofweg een op een miljoen. Maar dat men (nog) niet wil spreken over de ontdekking van het Higgs boson, omdat men de eigenschappen van het ontdekte deeltje nog nader wil bestuderen.


Maar ik vraag mij hierbij af, als het niet het Higgs boson is, wat dan wel? Een ander deeltje is gezien het standaardmodel toch veel onwaarschijnlijker?

Nee het is 5.0 standaarddeviaties af van de verwachte waarneming zonder Higgs-deeltje.


CMS komt uit op 125.3 +/- 0.6 GeV (4.9 sigma excess), ATLAS komt uit op 126.5 GeV (5.0 sigma excess). De onzekerheid van ATLAS is me even ontgaan.


(Fabiola Gianotti zegt net op de persconferentie dat dat verschil in resultaat niet belangrijk is. "The results are fully compatible".)

Kun je me even die 5.0 sigma uitleggen? Betekend dat dat de piek bij 126.5 GeV met één standaard-deviatie van ± 5.0 GeV?

CMS vindt een 5.0 sigma excess in het di-foton kanaal, en 4.9 sigma wanneer alle kanalen samengevoegd worden (inclusief tau-tau kanaal).


ATLAS vindt een 5.0 sigma excess wanneer difoton en ZZ-kanaal worden samengevoegd (ze spreken niet over tau-tau).


De waargenomen massa is 126.5 GeV. Voorlopig zijn de data consistent met een standaard model Higgs deeltje (maar beide kanalen zien iets meer dan verwacht in het standaard model).


edit: Voor alle duidelijkheid, volgens de conventie spreekt men over een ontdekking vanaf 5.0 sigma. Dus het Higgs deeltje is nu officieel ontdekt (als je echt moeilijk wil doen over het tau-tau kanaal kan je naar de gecombineerde significantie van CMS en ATLAS kijken).

Morgenvroeg om 9u zal de data uit 2012 gepresenteerd worden (de bijhorende geruchtenmolen kan je hier lezen). Volg hier live!


edit: het kan ook de moeite lonen deze blog in de gaten te houden.