Higgs – Boson gefunden?!

Am 4.Juli 2012 wurde Physik-Geschichte geschrieben!

Jahrzehnte haben tausende von Physikern und Technikern das vielleicht größte Experiment der Menschheit geplant, aufgebaut und seit einigen Jahren durchgeführt. Am 4. Juli dann wurde ein Ergebnis bekannt gegeben:

Bei der Energie 125 bis 126 GeV (die Masse eines Protons entspricht etwa 1 GeV an Energie) wurde ein bisher unbekanntes Teilchen entdeckt, das wohl ein Boson ist, also  keinen Spin hat und somit Kräfte vermitteln kann.

Die Entdeckung wurde unabhängig von zwei Teams gemacht, die an zwei nach verschiedenen Prinzipien arbeitenden Detektoren die Zerfallsprodukte gemessen haben, die beim Zusammenstoß zweier mit  etwa Lichtgeschwindigkeit fliegenden Protonen (Energie 8 TeV) entstehen:

Am ATLAS – Detektor wurde ein Teilchen bei 126,5 GeV gefunden und am CMS – Detektor bei 125,3 GeV. Die Daten sind so signifikant, dass nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,00003 % eine zufällige Streuung der Messwerte dafür verantwortlich sein kann.

Wie wird das neue Boson nachgewiesen?

Das neue Boson ist so kurzlebig, dass es nicht direkt nachgewiesen werden kann. Lediglich die Zerfallsprodukte können registriert werden. Nur wenn der richtige Energiebetrag zur Verfügung gestellt wird, entstehen besonders viele dieser neuen Teilchen und entsprechend häufig sind Zerfallsprodukte. Die hochhaushohen Detektoren registrieren nur die Zerfallsprodukte.

Warum hat man das Higgs-Boson gesucht?

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik kann nicht erklären, warum die Elementarteilchen bestimmte Massen haben. Das Higgs-Feld durchzieht den gesamten Raum und erschwert die Bewegung der ursprünglich masselosen Elementarteilchen unterschiedlich stark. Dies äußert sich durch eine unterschiedlich starke Trägheit, also Masse. Das Photon zum Beispiel koppelt nicht an das Higgs-Feld (d.h. es tauscht kein Higgs-Boson mit ihm aus) und somit bleibt es masselos.

Jetzt kann man eine Chance haben, die Masse von Elementarteilchen zu verstehen. Es wird auch diskutiert, ob das Higgs-Feld Auswirkungen auf die Entwicklung des Kosmos hat (Dunkle Materie, Dunkle Energie).

Wie ist Peter Higgs auf die Idee des Higgs-Feldes gekommen?

Jedes Elementarteilchen kann sich selbst vernichten und erzeugen, also mit sich selbst wechselwirken. Es sitzt in seinem eigenen Feld. Nur lässt sich das nicht berechnen. Jede Rechnung ergibt unendlich große Werte. Aber solange es nur endlich viele dieser Unendlichkeiten in einer Rechnung gibt, kann man diese durch Messwerte ersetzen und andere beobachtbare Eigenschaften der Elementarteilchen berechnen. (Das nennt man Renormalisation).

Das funktioniert aber nicht bei Theorien, die massive Bosonen beschreiben, so wie die schweren Bosonen der schwachen Kraft (Weakonen W- und Z-Bosonen, das Z-Boson ist ein dem Photon vergleichbares Teilchen, es hat nur eine Ruhemasse von etwa 80 Protonenmassen)..

Das Higgs-Feld sorgt nun in der Rechnung dafür, dass auch hier Unendlichkeiten durch Messwerte ersetzt werden können.

Das Higgs-Teilchen ist also nichts anderes als ein mathematischer Trick, kein durch ein physikalisches Modell vorhergesagtes Teilchen. Und trotzdem scheint es zu existieren!

Wieso kann man das Higgs-Boson im Labor erzeugen?

Die extrem hohen lokalen Energien bei der Kollision bringen das Higgs-Feld zum Schwingen, so wie ich mit einem kräftigen Schubs eine Schaukel anstoßen kann. Das Higgs-Boson ist das Energiequant, mit der die Schwingung wieder in den Grundzustand übergeht.

Verstehen wir nun alles?

Zum Glück nicht, sonst wäre Physik ja langweilig. Noch ist ja nicht sicher, ob die Eigenschaften des neuen Teilchens den vom Standardmodell geforderten Eigenschaften entsprechen. Das soll durch weitere Messungen in den nächsten Monaten untersucht werden. Vielleicht zeigt sich ja, dass ein Higgs-Boson jenseits des Standardmodells gefunden wurde?

Außerdem kann das Standardmodell nicht die Massen der Neutrinos erklären und deren Fähigkeiten sich ineinander oder vielleicht sogar in eine ganz neue Neutrinoart umzuwandeln….und niemand versteht, wieso es nur drei „Generationen“ von Elementarteilchen gibt, die sichtbare Welt aber komplett durch die erste Generation erklärbar ist…Es bleibt also noch viel zu tun.

Ist das Higgs-Boson ein „Gottes-Teilchen"?

Diese Bezeichnung ist schlichtweg Unsinn….

Weitere Informationen mit vielen weiteren Links:

http://public.web.cern.ch/public/

http://www.spektrum.de/alias/higgs/das-schwerste-boson-das-wir-je-gefunden-haben/1156279

http://www.pro-physik.de/details/physiknews/2113671/Ein_neues_Teilchen.html

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html