Darstellung einer Partikelkollision im Cern.
Bild: CERN
Zerfall in Fermionen
23.06.2014, 15:5424.06.2014, 17:09
Das Higgs-Boson verhält sich bislang exakt wie von der Theorie des Standardmodells der Teilchenphysik vorausgesagt. Ein starker Hinweis dafür ist der direkte Zerfall des Higgs-Teilchens in zwei Fermionen, dessen Nachweis Wissenschaftlern am Genfer Forschungsinstitut Cern erstmals gelang. Dies teilte das Cern am Sonntag mit. Einen wichtigen Beitrag zu der am Montag im Fachjournal «Nature Physics» publizierten Studie leisteten Forscher der Universität Zürich.
Das Cern hatte im Sommer 2012 erste Beweise für die Existenz des Higgs-Teilchens geliefert. Dies untermauert die Richtigkeit des Standardmodells der Teilchenphysik.
Das Higgs-Teilchen gilt als der Urheber für eine der Grundeigenschaften aller Materie: die Masse. Es macht es erst möglich, dass andere Elementarteilchen – und damit alles vom Atom über den Menschen bis zum Planeten – überhaupt eine Masse haben.
Die Existenz des Higgs-Teilchens wurde bereits in den 1960er Jahren vom britischen Physiker Peter Higgs und seinen Kollegen Robert Brout und François Englert postuliert.
«Wir wissen nun, dass das Higgs-Teilchen sowohl in Bosonen wie auch in Fermionen zerfallen kann. Damit können wir gewisse Theorien ausschliessen, die davon ausgingen, dass das Higgs-Teilchen nur in bestimmte Arten von Teilchen zerfällt.»
Vincenzo Chiochia, Uni Zürich
Neue Daten des Teilchenbeschleunigers erforderlich
Um die Hypothese des Brout-Englert-Higgs-Mechanismus zu testen, muss der Zerfall des Higgs-Teilchens in alle Arten von Partikeln gemessen werden. Gemäss der in «Nature Physics» publizierten Ergebnisse der Cern-Experimente ATLAS und CMS zerfallen die Higgs-Bosone direkt in Fermione – den Teilchen, aus denen Materie besteht – und zwar in einer der Theorie entsprechenden Geschwindigkeit. Bisher konnte das Higgs-Teilchen erst durch den Zerfall in Bosonen nachgewiesen werden.
«Wir sind damit einen wichtigen Schritt weiter gekommen», erklärt Prof. Vincenzo Chiochia vom Physik-Institut der Universität Zürich, dessen Gruppe an der Auswertung der Daten mitgearbeitet hat. «Wir wissen nun, dass das Higgs-Teilchen sowohl in Bosonen wie auch in Fermionen zerfallen kann. Damit können wir gewisse Theorien ausschliessen, die davon ausgingen, dass das Higgs-Teilchen nur in bestimmte Arten von Teilchen zerfällt.»
Die Wissenschaftler hätten bald alle der bislang gesammelten Daten ausgewertet, wird ein ATLAS-Sprecher in der Mitteilung des Cern zitiert. Sie seien erwartungsvoll in Bezug auf neue Daten des Large Hardron Collider (LHC). Der Teilchenbeschleuniger ist zurzeit in Revision und soll Anfang 2015 wieder in Betrieb gesetzt werden.
Die neuen Erkenntnisse des Cern zum Higgs-Boson werden an einer internationalen Physikkonferenz im spanischen Valencia präsentiert, die am 2. Juli beginnt. (sda/dhr)
Teilchenbeschleuniger: Der Large Hadron Collider am Cern.
Bild: EPA
Das Higgs-Teilchen: Teil des Baukastens der Welt
Physiker haben in jahrzehntelanger Forschung eine Art Rezept für das Universum zusammengetragen. Es wird als Standardmodell bezeichnet und enthält als Zutaten etwa Quarks und Elektronen, aus denen sämtliche Atome der uns vertrauten Materie bestehen.
Jedes der insgesamt zwölf Elementarteilchen besitzt ein sogenanntes Anti-Teilchen, das die entgegengesetzte elektrische Ladung trägt. Im ursprünglichen Standardmodell liess sich den Teilchen allerdings lange keine Masse zuteilen. Ohne Masse wären jedoch alle Partikel schnell wie das Licht, es gäbe keine Zusammenballungen – keine Atome, keine Sterne, Planeten oder Menschen.
Um dieses Dilemma zu lösen, ersannen Peter Higgs und François Englert unabhängig voneinander einen Mechanismus, der den Teilchen ihre Masse verleihen soll. Er wird oft verglichen mit einer Party, auf der ein Popstar erscheint. Die Partygäste bilden dabei das Higgs-Feld. Will der Popstar den Raum durchqueren, scharen sich sofort viele Fans um ihn und machen ihn damit langsamer – der Star gewinnt gewissermassen an Masse.
Das Higgs-Teilchen ist in dieser Analogie das Gerücht, ein Popstar durchquere den Raum: Sofort sammeln sich Fans am vermeintlichen Aufenthaltsort des Stars. Dieses Gerücht pflanzt sich durch den Raum fort und verursacht damit eine wandernde Zusammenballung. (sda/dpa)
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