Sonntag, 5. Februar 2023

[ #naturwissen ] Kein Schluckauf: Higgs-Teilchen


Unser derzeitiges Verständnis des Universums ist unvollständig. Dieses Wissen wird im sogenannten Standard-Modell der Teilchenphysik zusammengefasst, das mit Hilfe verschiedener Experimente gut getestet werden konnte und sich insbesondere erfolgreich bei der Vorhersage von Teilchen gezeigt hat. Dennoch bleiben viele Fragen offen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt erfolgreich die bekannten Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen. Woher die Elementarteilchen ihre Masse erhalten, ließ sich im Rahmen dieses Modells aber lange Zeit nicht beantworten. Mit dem Fund eines bisher unbekannten Teilchens könnte sich die Lücke nun schließen.

Das Standard-Modell erklärt den Ursprung der Masse nicht, und auch nicht, wieso manche Teilchen sehr schwer sind, andere hingegen masselos. Eine Antwort auf diese Fragen könnte der sogenannte Higgs-Mechanismus sein. Danach ist der gesamte Raum vom sogenannten Higgs-Feld durchzogen, mit dem die Teilchen wechselwirken und auf diese Weise an Masse gelangen. Teilchen, die sehr stark mit dem Higgs-Feld wechselwirken, sind schwerer als solche, bei denen es nur zu einer leichten Wechselwirkung kommt. Mit diesem Higgs-Feld muss mindestens eine neue Teilchensorte verknüpft sein, die Higgs-Bosonen.


Welt der Physik bietet fundierten Online-Lesestoff zu den Higgs-Teilchen:
  • Das Standardmodell: umfassend – aber nicht genug. Die Entdeckung eines unbekannten Teilchens im Juli 2012 treibt nicht nur die Suche nach neuen Theorien voran – sie wirft auch interessante wissenschaftstheoretische und philosophische Fragestellungen auf.
  • Wie real ist der Higgs-Mechanismus? Die sogenannte Eichsymmetrie spielt eine tragende Rolle im Standardmodell. Wissenschaftsphilosophen fragen sich, ob sie wirklich eine Eigenschaft der Natur ist oder vielleicht nur in unseren Gleichungen existiert.
  • Das Problem mit der Feinjustierung. Trotz der vielen Erfolge weist das Standardmodell auch einige Schönheitsfehler auf. Deshalb sehen die meisten Physiker es nur als eine Stufe auf dem Weg zu einer noch umfassenderen Theorie.
  • Higgs-Daten lassen nicht mehr als zwölf  Materieteilchen zu. Entdeckung des neuen Teilchens macht es extrem unwahrscheinlich, dass eine vierte Generation von elementaren Materieteilchen existiert.
  • Mit Photonen auf der Suche nach dem Higgs. Kerstin Tackmann vom Forschungszentrum DESY in Hamburg sucht mit ihren Kollegen im ATLAS-Experiment am LHC nach dem Higgs-Teilchen.
  • Die Ernte jahrzehntelanger Vorarbeiten. Jeannine Wagner-Kuhr vom Karlruhe Institut für Technologie arbeitet am CMS-Experiment am LHC. Auch ihre Gruppe trug zum Fund des neuen Teilchens bei.
  • Der lange Weg zum Higgs-Teilchen. 1964 schlugen Wissenschaftler einen Mechanismus vor, nach dem ein bislang hypothetisches Elementarteilchen allen anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Wird diese fast fünfzig Jahre alte Idee bald Realität?
  • Kandidat für das Higgs-Teilchen am LHC entdeckt. Neues Teilchen bei 125 GeV in ATLAS und CMS gefunden.
  • Dem Higgs-Boson weiter auf der Spur. Aktuell sammeln Forscher Daten auf der Suche nach dem Higgs-­Boson, das bisher nur in der Theorie existiert, aber eine wichtige Rolle im Standard­modell spielt.
  • Die Suche nach dem Higgs-Boson und dem Ursprung der Masse. Seit Peter Higgs und Kollegen 1964 das Higgs-Boson postulierten, sucht die Physik nach dem Teil­chen.
  • Der kompakte Vielzwecker: CMS. Kompakt und massiv: Das Experiment CMS am LHC sucht nach neuer Physik und stellt unser Verständnis der Welt des Allerkleinsten auf die Probe.
  • ATLAS – ein Schlüsselexperiment zum Verständnis von Kräften und Materie. ATLAS sucht nach dem Ur­sprung der Teilchen­masse und neuer Physik jenseits des Standard­modells.

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