Bij de Large Hadron Collider (LHC) in Europa is sneller beter. Andere onderzoekers verkondigen echter niet zo snel. LHC heeft misschien niet het Higgs-deeltje ontdekt, het deeltje dat alles massa geeft, het godsdeeltje zoals sommigen het hebben genoemd. Terwijl de ontdekking van het Higgs-boson in 2012 culmineerde in de toekenning in december 2013 van de Nobelprijs aan Peter Higgs en François Englert, heeft een team van onderzoekers deze twijfels over het Higgs-boson geuit in hun paper dat is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review D.
Het discours is vergelijkbaar met wat zich in het afgelopen jaar ontvouwde met de detectie van licht uit het begin van de tijd dat het inflatie-tijdperk van het heelal betekende. Onderzoekers die de diepten van het heelal en de binnenste diepten van subatomaire deeltjes onderzoeken, zoeken naar signalen aan de rand van de detecteerbaarheid, net boven het geluidsniveau en in de buurt van de signalen van andere bronnen. Voor de BICEP2-telescoopwaarnemingen (eerdere U.T.-artikelen) gaat het vrijwel terug naar de tekentafel, maar de Higgs Boson (eerdere U.T.-artikelen) twijfels zijn zeker uitdagend, maar hebben meer solide bewijs nodig. Als het Higgs-boson in de menselijke aangelegenheden niet werd ontdekt door de LHC, wat doet men dan met een toegekende Nobelprijs?
De huidige uitdaging voor het Higgs-boson is niet nieuw en is niet alleen een probleem van detecteerbaarheid en scherpte van de sensoren, zoals het geval is met BICEP2-gegevens. De Planck-ruimtetelescoop onthulde dat licht uitgestraald door stof in combinatie met het magnetische veld in ons Melkwegstelsel het door BICEP2 gedetecteerde signaal zou kunnen verklaren dat onderzoekers verkondigden als de oersignatuur van de inflatieperiode. Het Higgs-deeltje is eigenlijk een voorspelling van de theorie die door Peter Higgs en verschillende anderen werd voorgesteld vanaf het begin van de jaren zestig. Het is een voorspeld deeltje uit de ijktheorie, ontwikkeld door Higgs, Englert en anderen, in het hart van het standaardmodel.
Dit recente artikel is afkomstig van een team van onderzoekers uit Denemarken, België en het Verenigd Koninkrijk onder leiding van Dr. Mads Toudal Frandsen. Hun studie getiteld 'Technicolor Higgs-boson in het licht van LHC-gegevens' bespreekt hoe hun ondersteunde theorie voorspelt Technicolor quarks door een reeks van energie waarneembaar bij LHC en die in het bijzonder valt binnen het onzekerheidsniveau van het datapunt dat als Higgs-boson wordt verklaard. Er zijn varianten van Technicolor Theory (TC) en het onderzoekspaper vergelijkt in detail de veldtheorie achter het standaardmodel Higgs en de TC Higgs (hun versie van het Higgs-deeltje). Hun conclusie is dat een TC Higgs wordt voorspeld door Technicolor Theory die consistent is met verwachte fysische eigenschappen, een lage massa heeft en een energieniveau heeft - 125 GeV - dat niet te onderscheiden is van de resonantie die nu wordt beschouwd als het standaardmodel Higgs. Hunne is een samengesteld deeltje en het geeft niet alles massa.
Dus je zegt - wacht even! Wat is een Technicolor in het jargon van de deeltjesfysica? Om dit te beantwoorden, zou je met een loodgieter uit South Bronx, New York willen praten - Dr. Leonard Susskind. Hoewel Susskind niet langer een loodgieter was, stelde hij eerst Technicolor voor om het breken van symmetrie te beschrijven in ijktheorieën die deel uitmaken van het standaardmodel. Susskind en andere natuurkundigen uit de jaren zeventig vonden het onbevredigend dat er veel willekeurige parameters nodig waren om de Gauge-theorie die in het standaardmodel werd gebruikt (met betrekking tot de Higgs Scalar en Higgs Field) te voltooien. De parameters definieerden bijgevolg de massa van elementaire deeltjes en andere eigenschappen. Deze parameters werden toegewezen en niet berekend en dat was niet acceptabel voor Susskind, ‘t Hooft, Veltmann en anderen. De oplossing omvatte het concept van Technicolor, dat een "natuurlijke" manier bood om de opsplitsing van symmetrie te beschrijven in de ijktheorieën die het standaardmodel vormen.
Technicolor in deeltjesfysica heeft één ding gemeen met Technicolor dat de vroege kleurenfilmindustrie domineerde - de term composiet bij het creëren van kleur of deeltjes.
Als de theorie rond Technicolor correct is, dan zouden er veel techni-quark- en techni-Higgs-deeltjes te vinden zijn met de LHC of een krachtigere accelerator van de volgende generatie; een echte dierentuin van deeltjes naast alleen het Higgs-boson. De theorie betekent ook dat deze ‘elementaire’ deeltjes zijn composieten van kleinere deeltjes en dat een andere natuurkracht nodig zou zijn om ze te binden. En dit nieuwe artikel van Belyaev, Brown, Froadi en Frandsen beweert dat één specifiek techni-quarkdeeltje een resonantie (detectiepunt) heeft dat binnen de onzekerheid van metingen voor het Higgs-boson valt. Met andere woorden, het Higgs-boson is misschien niet "het godsdeeltje", maar eerder een Technicolor Quark-deeltje dat bestaat uit kleinere, meer fundamentele deeltjes en een andere kracht die ze bindt.
Dit artikel van Belyaev, Brown, Froadi en Frandsen herinnert er duidelijk aan dat het standaardmodel onrustig is en dat zelfs de ontdekking van het Higgs-boson niet 100% zeker is. In het afgelopen jaar zijn meer gevoelige sensoren geïntegreerd in de LHC van CERN, die deze uitdaging zal helpen weerleggen tegen de Higgs-theorie - Higgs Scalar and Field, het Higgs-boson of kunnen de handtekeningen van Technicolor-deeltjes onthullen. Betere detectoren kunnen het verschil tussen het energieniveau van de Technicolor-quark en de Higgs-boson oplossen. LHC-onderzoekers verklaarden snel dat hun werk verder gaat dan de ontdekking van het Higgs-boson. Ook zou hun werk kunnen bewijzen dat ze het Higgs-boson hebben gevonden.
Met de co-onderzoeker Dr. Alexander Belyaev werd de vraag gesteld: zullen de recente upgrades van de CERN-accelerator de precisie verschaffen die nodig is om een techniek-Quark te onderscheiden van het Higg-deeltje?
"Er is natuurlijk geen garantie", antwoordde Dr. Belyaev op Space Magazine, "maar een upgrade van LHC zal zeker een veel beter potentieel bieden om andere deeltjes te ontdekken die geassocieerd zijn met de theorie van Technicolor, zoals zware Techni-mesons of Techni-baryons."
Het oplossen van de twijfels en het kiezen van de juiste toevoegingen aan het standaardmodel hangt af van betere detectoren, meer waarnemingen en botsingen bij hogere energieën. Momenteel is de LHC gedaald om de botsingsenergie te verhogen van 8 TeV naar 13 TeV. Onder de waarnemingen bij de LHC deed de supersymmetrie het niet goed en de waarnemingen, waaronder de ontdekking van Higgs Boson, ondersteunden het standaardmodel. De zwakte van het standaardmodel van de deeltjesfysica is dat het de zwaartekracht van de natuur niet verklaart, terwijl supersymmetrie dat wel kan. De theorie van Technicolor houdt sterke aanhangers vast, zoals dit laatste artikel laat zien, en het laat enige twijfel bestaan dat het Higgs-boson daadwerkelijk is gedetecteerd. Uiteindelijk is misschien nog een krachtigere deeltjesversneller van de volgende generatie nodig.
Voor Higgs en Englert is de omkering van de ontdekking geenszins de vernietiging van een levenswerk of het ontslag van een Nobelprijs. Het theoretische werk van de natuurkundigen wordt al lang erkend door eerdere onderscheidingen. Het standaardmodel is in ieder geval een gedeeltelijke oplossing van de theorie van alles als een legpuzzel. Stuk voor stuk is hoe het wordt ontwikkeld, maar niet zonder misstappen. Bovendien kunnen de stukken die aan het standaardmodel zijn toegevoegd als een kaartenhuis zijn en moeten een grotere oplossing worden vervangen door een geheel andere. Dit kan het geval zijn bij Higgs en Technicolor.
Soms, zoals kinderen enigszins vastberaden, staken natuurkundigen een oplossing in de zich ontvouwende puzzel die lijkt te passen maar uiteindelijk moet worden ingetrokken. Het huidige discours rechtvaardigt nog geen intrekking. Elegantie en eenvoud zijn de ultieme kenmerken die worden gezocht in theoretische oplossingen. Deeltjesfysici gebruiken de term ook Natuurlijkheid bij het beschrijven van de zorgen met ijktheorieparameters. De oplossingen - de stukjes - van de puzzel, gecreëerd door Peter Higgs en François Englert, hebben het voortouw genomen en aangemoedigd tot verder werk dat zal leiden tot een gezonder standaardmodel, maar weinigen beweren dat het de theorie van alles zal worden.
Referenties:
Pre-print vanTechnicolor Higgs-boson in het licht van LHC-gegevens
