Waarom delen een Belg en een Brit de Nobelprijs voor de Natuurkunde?

Allebei zijn al rond de tachtig en ze hebben er een lang leven in dezelfde wetenschapstak opzitten, als de Brit Peter Higgs (Newcastle, 1929) en de Belg François Englert (Etterbeek, 1932) elkaar voor het eerst ontmoeten. Het is bij een bijzonder feestelijke gelegenheid: op 4 juli 2012 maakt CERN, het Europese centrum voor nucleair onderzoek in Genève, bekend dat in de Large Hadron Collider, ’s werelds grootste deeltjesversneller, het Higgsdeeltje is gevonden.

François Englert, zijn in 2011 overleden boezemvriend en vakbroeder Robert Brout en Peter Higgs bedachten in 1964 haast tegelijkertijd onafhankelijk van elkaar en elk op een eigen wijze de theorie die het bestaan van het Higgsdeeltje voorspelde. Maar op deze julidag is het vooral Higgs die in de schijnwerpers staat. Nadat de CERN-woordvoerder het historische nieuws heeft gebracht, barst een stormachtig applaus los. De camera zoomt in op Higgs, die duidelijk zijn tranen nauwelijks kan bedwingen. Englert is nergens in beeld te bekennen.

Brout en Englert waren toch juist eerder dan Higgs?

Zeker. Zij stuurden hun artikel op 26 juni 1964 naar het tijdschrift Physical Review Letters, dat het op 31 augustus publiceerde. Higgs deed zijn twee artikelen later op de bus en ze verschenen pas in september en oktober in druk. Hoe komt het dan dat Higgs’ naam aan het deeltje is verbonden? Dat is de schuld van een andere natuurkundige en latere Nobelprijs winnaar, Steven Weinberg. In een artikel uit 1967 deed hij alsof Higgs als eerste was geweest.

In 2012 bekende Weinberg dat hij de data van de publicaties domweg verkeerd had gelezen, en dat zijn vergissing later door andere fysici was overgenomen. De toekenning van de Nobelprijs aan Higgs en Englert zet de historische onrechtvaardigheid van de naamgeving recht. ‘Je kunt je voorstellen dat dit niet onaangenaam is,’ zei Englert dan ook met gevoel voor understatement bij de bekendmaking van het nieuws.

Is Higgsdeeltje niet wél de juiste naam, want de Belgen hadden het niet eens over een deeltje?

Klopt. Hun grondgedachte was dat er een allesdoordringend veld is waar deeltjes doorheen waden en die ze hun gewicht geeft. Journalisten met liefde voor metaforen hebben dat veld wel met stroop vergeleken. Englert zelf noemde het een zeeveld. In hun publicatie vermeldden de twee Belgen wel het veld, niet het deeltje. Maar ‘omdat er in de kwantumveldentheorie onvermijdelijk altijd een deeltje bij een veld hoort, betekent dat niet zoveel,’ schrijft wetenschapsjournalist Steven Stroeykens in zijn onlangs verschenen, zeer goed getimede boek Gevonden! Hoe het Higgs-deeltje onze wereld veranderde. En ook Higgs noemde het deeltje niet in de eerste versie van een van de twee artikelen die hij de wereld in stuurde. 

Vond iedereen het meteen een geniaal idee?

Nee. Higgs deed op 27 juli en 31 augustus 1964 zijn artikelen op de bus. Het tweede stuurde hij eerst aan het tijdschrift Physics Letters. Een van de beoordelaars meende dat het werk van Higss geen relevantie had voor de fysica en raadde hem aan het stuk maar naar het Italiaanse blad Il Nuovo Cimento te sturen, een tijdschrift dat stukken plaatste zonder ze eerst door vakbroeders te laten beoordelen. Dat gemene advies sloeg Higgs in de wind en hij koos voor Physical Review Letters, hetzelfde blad waar Brout en Englert hun artikel eerder hadden bezorgd. In die herziene, wel verschenen versie van het stuk noemde hij wel het deeltje dat geschiedenis zou maken. Ook na publicatie kon Higgs niet altijd op applaus rekenen. Toen hij in 1966 werd uitgenodigd voor een seminar op de Universiteit van Harvard gaf een collega-natuurkundige zijn studenten de raad ‘die mafkees af te maken.’

Waarom heeft het de naam Goddeeltje gekregen? 

Dat is de schuld van Leon Lederman, oud-directeur van het befaamde Fermilab en zelf ook winnaar van de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Lederman publiceerde in 1993 het populair-wetenschappelijk boek The God Particle. Later grapte hij dat de uitgever de titel The Goddamm Particle niet had toegestaan. Toch zat er achter de benaming goddeeltje ook een serieus idee. ‘Dit deeltje staat zo centraal in de fysica van vandaag, is zo cruciaal voor ons uiteindelijke begrip van de structuur van de materie, en is toch zo vluchtig,’ schreef Lederman in zijn boek. Het Higgsdeeltje is in zekere zin het meest fundamentele deeltje, omdat het de elektronen en quarks massa geeft. En zonder die deeltjes zouden atomen, planeten en mensen niet bestaan. ‘Als het er niet was geweest, waren wij er ook niet geweest,’ zei Higgs dan ook in een van de zeldzame interviews die hij in 2007 aan The Guardian gaf.

Toch waren hijzelf en veel andere natuurkundigen niet bij met de benaming Goddeeltje. In hetzelfde interview zei Higgs over Ledermans woordkeuze: ‘Ik wou dat hij het niet had gedaan. Ik moet uitleggen aan mensen dat het een grap was. Ik ben een atheïst, maar ik heb het ongemakkelijke gevoel dat het spelen met dergelijke namen onnodig beledigend kan zijn voor mensen die religieus zijn.’

Heeft de ontdekking dan niet een hogere betekenis?

Jazeker. Natuurkundigen zijn verzot op unificatie, het samenbrengen van fenomenen die op het eerste gezicht weinig met elkaar te maken hebben. Ze dromen zo langzaam maar zeker dichterbij een theorie van alles te komen die alle natuurverschijnselen vanuit een samenhangend kader of zelfs een fundamentele wet weet te verklaren.

In de geschiedenis van de fysica zijn voortdurend stappen gezet op weg naar zo’n theorie. Isaac Newtons idee van een universele zwaartekracht bracht het onder- en bovenmaanse samen. De kracht die de appel naar de aarde doet vallen, is dezelfde die de aarde in een baan om de zon houdt. Natuurkundigen als Michael Faraday en James Clerk Maxwell lieten zien dat elektriciteit en magnetisme twee kanten van dezelfde medaille zijn.

Zwaartekracht en electromagnetisme zijn krachten die op lange afstand werken. Daarnaast heeft de natuur nog twee krachten die alleen op heel kleine schaal voelbaar zijn: de zwakke en de sterke kernkracht. Het zeeveld dat Brout en Englert bedachten, is een nieuwe stap richting unificatie. Het brengt de korte en lange-afstandskrachten samen, zegt Englert zelf. ‘Het zeeveld zet lange-afstandskrachten om in korte-afstandskrachten door massa aan gegeneraliseerde fotonen te geven.’

Ben ik dom als ik hier niets van begrijp?

Allerminst. Om het écht te begrijpen zul je eerst de kwantumveldentheorie en het standaardmodel van de deeltjesfysica moeten doorgronden. En om dat werkelijk te snappen, moet je eigenlijk de taal beheersen waarin alle moderne natuurkunde is gegoten: de wiskunde. Alle mooie metaforen die je maar kunt verzinnen, kunnen niet meer dan een gevoel van begrip suggereren. Maar soms gebeurt dat wel op een heel aantrekkelijke manier, zoals in dit filmpje dat The New York Times maakte. 

Bij het schrijven van deze explainer is dankbaar gebruik gemaakt van het onlangs verschenen boek ‘Gevonden! Hoe het Higgs-deeltje onze wereld veranderde’ van Steven Stroeykens.