Peter Higgs in het Science Museum in Londen in 2013
Foto: Andy Rain/EPA/Shutterstock
Peter Higgs leefde een ongewoon leven. Hij ontwikkelde een natuurkundetheorie die de kans had om ons begrip van het universum radicaal te vergroten, en hij leefde om te zien hoe generaties onderzoekers zijn werk in het laboratorium achtervolgden en uiteindelijk triomfantelijk bevestigden. Hij stierf in zijn huis op 94-jarige leeftijd.
‘Zonder het werk van Higgs zouden we niet begrijpen waarom atomen bestaan. Sommige tamelijk fundamentele kenmerken van onze wereld zouden niet begrepen worden”, zegt John Ellis van King’s College London.
Higgs begon dit werk in de jaren zestig aan de Universiteit van Edinburgh in Groot-Brittannië. Hij dacht na over een tak van de natuurkunde die de kwantumveldentheorie heet, en in juli 1964 nam hij ongeveer een week de tijd om een kort artikel over dit onderwerp te schrijven. Natuurkunde brieven hij accepteerde de studie, maar verwierp het meer gedetailleerde werk van Higgs slechts een week later. Hoewel Fysieke beoordelingsbrieven hij publiceerde uiteindelijk een herziene versie van het tweede artikel, kreeg geen ophef en bleef jarenlang verwaarloosd.
Ironisch genoeg bevatten deze artikelen een belangrijk ingrediënt dat ernstig ontbreekt in de theorie van alle deeltjes in het universum: de reden waarom ze massa hebben.
Bijna alle bekende deeltjes hebben een bepaalde massa nodig om zich te kunnen binden en de structuren te kunnen vormen, zoals atomen, waaruit onze fysieke wereld bestaat. Maar natuurkundigen begrijpen alle deeltjes als excitaties van onzichtbare velden die alles doordringen – elektronen zijn bijvoorbeeld excitaties van een elektromagnetisch veld – en zelfs de beste theorieën van die tijd konden niet verklaren waar deze massa’s vandaan kwamen.
Higgs theoretiseerde dat deeltjes massa zouden winnen door interactie met een nieuw type veld. Dat veld had een speciale excitatie, een ander deeltje dat het Higgsdeeltje werd genoemd. Het Higgsveld loste een groot vraagstuk in de theoretische deeltjesfysica op, en het Higgsdeeltje was een verleidelijk doelwit voor onderzoekers om de theorie met de werkelijkheid te verbinden.
‘Als je alles uit het vacuüm verwijdert, alle materie- en kwantumfluctuaties, al het elektromagnetische spul, alle zwaartekracht, houd je het Higgsveld over’, zegt Frank Close van de Universiteit van Oxford. ‘En dat hebben wij nodig, net zoals een goudvis water nodig heeft. Het stabiliseert de lege ruimte.”
De natuurkundigen François Englert en Robert Brout werkten onafhankelijk van Higgs en kwamen eveneens in 1964 tot dezelfde conclusie.
Volgens Close, die in 2022 een biografie van Higgs schreef, was Higgs echter niet noodzakelijkerwijs van plan een baanbrekend artikel te schrijven. Hij volgde eenvoudigweg een lijn van rigoureuze en vaak eenzame wetenschap, waardoor hij zich grote zorgen begon te maken over wat een technisch probleem leek waarmee de kwantumveldentheorie te kampen had. Andere natuurkundigen hebben eerder een soortgelijk probleem aangepakt in systemen met minder kosmische implicaties, zoals perfecte geleiders van elektriciteit. Higgs ontdekte hoe hij zijn wiskunde kon generaliseren naar de hele deeltjesfysica.
Maar de kwantumveldentheorie was destijds niet in zwang, en toen hij in 1965 lezingen gaf over zijn werk aan prestigieuze instellingen als de Harvard University, stuitte Higgs grotendeels op scepsis, zegt Ellis. In 1976 schreven Ellis en twee van zijn collega’s van het deeltjesfysica-laboratorium van CERN in Genève, Zwitserland, een artikel waarin de aandacht werd gevestigd op de manier waarop het Higgs-deeltje zou kunnen verschijnen in sommige experimenten in de faciliteit.
‘Het kon niemand iets schelen, maar wij, [the Higgs boson] was uiterst belangrijk… En ik was er absoluut zeker van dat het Higgsdeeltje gevonden zou worden”, zegt Dimitri Nanopoulos van de Texas A&M University, co-auteur van het artikel. Hij was toen een heel jonge onderzoeker, maar die studie voorspelde de toekomst van de deeltjesfysica. In 1984 waren de opvattingen onder natuurkundigen veranderd en wilden ze graag op jacht naar het Higgsdeeltje. Het management van CERN heeft gesproken over de bouw van een nieuwe deeltjesversneller, grotendeels om de zoektocht te vergemakkelijken.
Die detector – de Large Hadron Collider (LHC) – vond het Higgs-deeltje in 2012. Bij de LHC zorgden onderzoekers voor een zorgvuldige frontale botsing van twee ongelooflijk snelle protonen, een botsing die in staat was het Higgs-deeltje te produceren. Maar het boson duurt slechts minder dan een miljardste van een biljoenste van een seconde voordat het een regen van andere deeltjes wordt. Analyse van het puin van de botsing toonde aan dat de deeltjes met zo’n grote zekerheid afkomstig waren van het Higgsdeeltje dat de kans op toeval slechts 5 op 10 miljoen was.
Natuurkundigen over de hele wereld waren opgetogen en het jaar daarop deelden Higgs en Englert de Nobelprijs voor de natuurkunde.
Clowes en Ellis zeggen dat zelfs voordat de LHC in werking trad, andere botsers minder direct bewijs leverden ter ondersteuning van de Higgs-theorie, zoals zeer nauwkeurige metingen van de massa’s van andere exotische deeltjes. Higgs was op de hoogte van deze bevindingen, legde hij uit Nieuwe wetenschapper In 2012: “Ik had vertrouwen in de theorie achter het mechanisme omdat andere kenmerken van dat mechanisme bij opeenvolgende botsingen tot in detail werden gecontroleerd. Het zou heel verrassend zijn als het resterende stukje van de puzzel er niet zou zijn.”
Niettemin had de directe zoektocht naar het Higgs-deeltje bij de LHC een sterke impact op de deeltjesfysica. Hij steunde inspanningen om nieuwe infrastructuur te bouwen, zoals versnellers, en versterkte de grote samenwerkingsverbanden die deze apparatuur gebruiken als een standaardbenadering voor het uitvoeren van wetenschappelijk onderzoek.
Sinds 2012 is de LHC geüpgraded om nog meer energetische botsingen te produceren, en onderzoekers hebben zich tot doel gesteld om al lang bestaande vragen te beantwoorden, niet alleen over deeltjes, inclusief het Higgsdeeltje zelf, maar ook over donkere energie en donkere materie, de onverklaarde verschijnselen die vormen het grootste deel van het heelal.
Higgs zelf was geïnteresseerd in een aantal van deze vragen en bleef eraan werken, zelfs nadat hij in 1996 met pensioen ging. “De machine in Genève – die niet alleen is ontworpen om het Higgs-deeltje te detecteren, hoewel je soms de indruk krijgt dat dit wel zo is – zal naar verwachting ons begrip van de verbanden tussen deeltjesfysica en wat er in het vroege universum gebeurde, voortzetten en verbeteren.” hij zei. Nieuwe wetenschapper in 2013
Het vinden van het Higgsdeeltje was het einde van een hoofdstuk, maar niet het einde van het boek, zegt Nanopoulos.
Na zijn pensionering bleef Higgs aan zijn eigen onderzoek werken. Hij was vooral geïnteresseerd in supersymmetrie, een theorie die uitgaat van het bestaan van zware tegenhangers voor elk deeltje dat we al hebben ontdekt. Natuurkundigen die deze interesse delen en de experimentele handtekeningen ervan willen vinden, hopen dat de LHC tientallen nieuwe deeltjes zal ontdekken.
Naast de Nobelprijs ontving Higgs verschillende andere onderscheidingen, waaronder de Paul Dirac Medal and Prize, de Wolf Prize in Physics en de JJ Sakurai Award van de American Physical Society. In 1999 wees hij een ridderschap af, wat overeenkwam met zijn algemene afwijzing van roem. Hij wilde geen titels en schaamde zich voor de media-aandacht die zijn werk in de loop der jaren had gekregen, en hij had vooral een hekel aan de sensationele bijnaam van het Higgsdeeltje, het ‘Goddeeltje’.
Het verhaal van hoe Higgs zelfs probeerde een telefoontje van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen te vermijden om hem op de hoogte te stellen van zijn Nobelprijswinst – door zijn huis te verlaten zonder mobiele telefoon – is een bekend verhaal onder natuurkundigen. Ellis herinnert zich ook dat Higgs aanvankelijk een uitnodiging afsloeg om naar CERN te komen voor de officiële aankondiging van de ontdekking van zijn gelijknamige boson. Maar zijn collega’s overtuigden hem uiteindelijk om de festiviteiten bij te wonen.
Close noemde zijn biografie van de Higgs ‘The Elusive’, die volgens hem zowel een man als een boson beschrijft. Natuurkundigen zijn het er algemeen over eens dat hij uniek was en respecteerden hem daarom.
Higgs stierf op 8 april in zijn huis in Edinburgh na een kort ziekbed. Hij laat twee zonen achter, een vernieuwd veld van deeltjesfysici en een duidelijker begrip van de krachten die het universum bij elkaar houden.
Onderwerpen: