Higgs-Boson: Hoffen auf das Gottesteilchen

Von Christoph Seidler

Cern: Higgs-Sucher auf der Zielgeraden Fotos
AP

Seit Jahren fahnden Physiker nach dem Higgs-Boson-Partikel, kommende Woche will das Schweizer Kernforschungszentrum Cern neue Informationen zu dem Gottesteilchen genannten Phänomen veröffentlichen. War die lange Suche endlich erfolgreich?

Berlin - Das Higgs-Boson ist, wenn man es so will, der Superstar der modernen Teilchenphysik. Die jahrelange Suche nach dem exotischen Winzling fasziniert selbst Laien in einem Maße, das sich nur schwer erklären lässt. Dabei macht sich das Ding ausgesprochen rar, bisher ist ihm niemand auf die Schliche gekommen. Wahrscheinlich hat die Begeisterung für die Suche nach dem illustren Partikel mit unserem Verlangen nach Vollständigkeit zu tun. Es macht die Fahndung nach dem entscheidenden Puzzlestück der Elementarteilchenphysik so spannend.

Nun sorgt eine Ankündigung des europäischen Kernforschungszentrums Cern für Aufregung: Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer hat für den kommenden Dienstag zu einem Seminar nach Genf eingeladen. In einer ehemaligen Abwasseraufbereitungsstation am Stadtrand wollen die Chef-Wissenschaftler des Teilchenbeschleunigers LHC über neue Erkenntnisse berichten.

Wird an diesem Tag also endlich das Rätsel um das Teilchen gelöst, das der Materie im Universum ihre Masse verleiht? Denn wo, wenn nicht im stärksten Teilchenbeschleuniger der Welt mit seinen riesigen Detektoren "CMS" und "Atlas" könnte das exotische Higgs-Boson derzeit aufgespürt werden?

Wenn es denn tatsächlich aufgespürt worden ist.

Im Kern geht es darum, die Masse des mysteriösen Partikels möglichst genau zu bestimmen. Denn alle anderen Eigenschaften des Winzlings sind durch die Gleichungen des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik vorgegeben. Im Sommer hatten die Cern-Forscher bereits ein Intervall veröffentlicht, in dem sie die Masse des Higgs-Bosons vermuten. Der Massebereich des Teilchens liegt demnach wahrscheinlich zwischen 115 bis 145 Gigaelektronenvolt (GeV). Zum Vergleich: Die Masse eines Protons im Inneren eines Atomkerns beträgt knapp 1 GeV.

Nun berichten mehrere Wissenschaftsblogs darüber, dass sowohl "CMS" als auch "Atlas" neue Hinweise auf die präzise Masse des Higgs-Bosons gefunden haben. Demnach beträgt sie 125 GeV. Sollte sich das tatsächlich bestätigen, hätte man dem Gottesteilchen endlich das entscheidende Geheimnis entlockt.

Wenn die Vermutungen denn tatsächlich stimmen.

Statistische Unsicherheiten machen die Aussagen schwierig. Eine Vermutung, die Higgs-Masse könnte zwischen 130 und 145 GeV liegen, mussten die Cern-Forscher in diesem Sommer bereits widerrufen. Die Voraussetzungen, damit Wissenschaftler eine vermeintliche Beobachtung ganz offiziell bestätigen können, sind rigide: Unter den Physikern gilt die sogenannte 5-Sigma-Regel. Das heißt, es muss mit 99,999-prozentiger Wahrscheinlichkeit nachgewiesen werden, dass es sich bei dem Ergebnis nicht nur um einen Zufall handelt.

Die Cern-Forscher könnten, so ist zu hören, diese Voraussetzung mit den neuen Daten noch nicht erfüllen. Weitere Suchanstrengungen wären also nötig. "Das Higgs-Teilchen scheint sich eine Masse herausgesucht zu haben, die es uns Physikern besonders schwer macht", sagt der Teilchenphysiker Stefan Söldner-Rembold vom amerikanischen Fermilab SPIEGEL ONLINE.

"Dann muss es etwas anderes geben"

Es ist hilfreich, sich klar zu machen, wie die Wissenschaftler die Masse des Higgs-Bosons eigentlich herausbekommen wollen. Sie können sich dabei zunächst auf die klaren Vorgaben des Standardmodells verlassen. Es sagt voraus, wie sich das Teilchen mit einer bestimmten Masse verhalten müsste: Ein vergleichsweise leichtes Higgs-Boson würde demnach am Ende seines Lebens zwei Photonen hinterlassen. Wäre das Teilchen dagegen schwerer, dann würde es wohl in je zwei W- und Z-Bosonen zerfallen. Diese Teilchen würden dann allerdings auch kurzfristig zerbröseln.

Deshalb gehen die Forscher quasi rückwärts vor und nehmen für das Higgs-Boson eine bestimmte Masse an. Daraus lässt sich errechnen, wie häufig das Partikel bei den Teilchenkollisionen im LHC entstehen müsste. Außerdem verraten die Gleichungen auch, welche Zerfallsprodukte das Higgs-Boson hinterlassen müsste. Mit einem Blick in die Beobachtungsdaten von "CMS" und "Atlas" können die Forscher dann klären, ob sich dafür tatsächlich Belege finden.

Ist das nicht der Fall, dann wiederholt man den Prozess mit einer anderen Annahme für die Masse - und hofft auf passendere Beobachtungsdaten. Auf diese Weise sollte es den Forschern gelingen, die Masse des Teilchens immer weiter einzugrenzen.

Wenn sich das Higgs-Boson denn an das Standardmodell der Teilchenphysik hält.

Doch auch das ist längst nicht ausgemacht. Das Higgs-Boson könnte nämlich auch ganz andere, exotischere Eigenschaften haben, als es die klassischen Gleichungen vorhersagen. Manch ein Physiker hofft wohl auch genau darauf. "Dann muss es etwas anderes geben, was die Rolle des 'Standard'-Higgs-Teilchens übernimmt", sagt Söldner-Rembold. Denn ganz ohne den exotischen Faktor würden die Gleichungen der Forscher eben auch nicht aufgehen.

Doch könnte es an der Stelle eines einzigen Higgs-Teilchens eben auch eine Schar von fünf verschiedenen Partikeln geben - oder gar noch etwas Exotischeres. "Das Unerwartete ist immer am interessantesten", sagt Söldner-Rembold.

Cern-Chef Rolf-Dieter Heuer hat inzwischen in einer E-Mail an seine Mitarbeiter klargestellt, was am kommenden Dienstag zu erwarten ist. Mit neuen Daten habe man einen "signifikanten Fortschritt bei der Suche nach dem Higgs-Boson" gemacht. Man habe aber noch nicht genügend Informationen "um irgendeine abschließende Aussage zur Frage zu treffen, ob das Higgs existiert oder nicht".

"Innerhalb des nächsten Jahres werden wir sehr wahrscheinlich wissen, ob das Higgs-Teilchen existiert", sagt auch Söldner-Rembold vom Fermilab. "Aber ein Weihnachtsgeschenk wird es wohl nicht werden."

Mitarbeit: Holger Dambeck

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rettungsschirm 07.12.2011
Zitat von sysopSeit Jahren fahnden Physiker nach dem Higgs-Boson-Partikel, kommende Woche will das Schweizer Kernforschungszentrum Cern neue Informationen zum dem Gottesteilchen genannten Phänomen veröffentlichen. War die lange Suche endlich erfolgreich? Higgs-Boson: Hoffen auf das Gottesteilchen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,802261,00.html)
Erschliesst sich aus dem Artikel was an dem Teilchen (ausser der ungeklärten Frage nach seiner Masse) so aufregend sein soll ?
2. "Gottesteilchen"
günter1934 07.12.2011
Zitat von sysopSeit Jahren fahnden Physiker nach dem Higgs-Boson-Partikel, kommende Woche will das Schweizer Kernforschungszentrum Cern neue Informationen zum dem Gottesteilchen genannten Phänomen veröffentlichen. War die lange Suche endlich erfolgreich? Higgs-Boson: Hoffen auf das Gottesteilchen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,802261,00.html)
Na, da sind wir mal gespannt! Allerdings müssen wir blind glauben, was die Forscher vom CERN uns erzählen. Ich glaube kaum, dass es hier Foristen gibt, die so ganz genau verstehen, was es mit dem "Gottesteilchen" auf sich hat!
3. lol
layer-8 07.12.2011
Zitat von sysopSeit Jahren fahnden Physiker nach dem Higgs-Boson-Partikel, kommende Woche will das Schweizer Kernforschungszentrum Cern neue Informationen zum dem Gottesteilchen genannten Phänomen veröffentlichen. War die lange Suche endlich erfolgreich? Higgs-Boson: Hoffen auf das Gottesteilchen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,802261,00.html)
Am Dienstag also. Nun, da ja Neutrinos schon die Grenzgeschwindigkeit überschritten haben sollen, und ich heute das hier lesen durfte Quantenphysik: Die Wirklichkeit der Welle | Wissen | ZEIT ONLINE (http://www.zeit.de/2011/49/Quantenphysik/seite-1) scheint ja der nächste Dienstag wirklich spannend zu werden. Vielleicht brechen dann Weltbilder zusammen. Glühende Landschaften stehen uns vielleicht bevor :D
4. nö
Yasutani 07.12.2011
Zitat von günter1934Na, da sind wir mal gespannt! Allerdings müssen wir blind glauben, was die Forscher vom CERN uns erzählen.
Nein, müssen Sie nicht. Die gesamte Untersuchung inklusive Rohdaten wird frei zugänglich sein. Sie können also nachrechnen, ob alles stimmt.
5. .
wr4th 07.12.2011
Zitat von YasutaniNein, müssen Sie nicht. Die gesamte Untersuchung inklusive Rohdaten wird frei zugänglich sein. Sie können also nachrechnen, ob alles stimmt.
Da sollte er aber vorher mit seinem Internetprovider sprechen was der so von Petabyte an Traffic haelt ;)
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Die Grundkräfte der Natur
Fundamentale Wechselwirkungen
Sie sind buchstäblich das, was die Welt im Innersten zusammenhält: die Grundkräfte der Natur. Sie sind die Basis aller physikalischen Vorgänge, ohne sie wäre unser Universum nicht denkbar. Die Wissenschaft kennt vier dieser Kräfte, die auch fundamentale Wechselwirkungen genannt werden. Seit Jahrzehnten fahnden Wissenschaftler auch nach einer fünften - bisher allerdings ergebnislos.
Die Gravitation
Isaac Newton hat im 17. Jahrhundert die Schwerkraft erstmals mathematisch beschrieben. Sie besitzt eine unendliche Reichweite, lässt sich - anders als andere Grundkräfte - nicht abschirmen und wirkt vor allem auf große Distanzen. Planeten, Sterne und ganze Galaxien werden maßgeblich von ihr gesteuert. Dennoch ist sie die schwächste aller Fundamentalkräfte. Ein Mensch etwa - obwohl im Vergleich zur Erde winzig klein - kann die Schwerkraft zumindest kurzzeitig spielend mit seiner Körperkraft überwinden.
Die elektromagnetische Kraft
Sie ist neben der Gravitation die zweite Kraft, der schon früh der Rang eines allgemeinen Naturgesetzes gegeben wurde. Auf ihr basieren die meisten Alltagsphänomene: Wenn eine Glühbirne dank Strom Licht erzeugt, wenn Magneten sich anziehen, wenn Substanzen chemisch miteinander reagieren ist die elektromagnetische Wechselwirkung die Basis des Geschehens. Die Teilchen, durch die sie vermittelt wird, sind die Photonen.
Die starke Kernkraft
Die Kernkräfte wurden erst im 20. Jahrhundert mit der Entdeckung von Atomkernen und Radioaktivität beschrieben. Nach dem Standardmodell der Elementarphysik besteht ein Atomkern aus Neutronen und Protonen, die sich wiederum aus Quarks zusammensetzen. Die starke Kernkraft, auch starke Wechselwirkung genannt, hält diese Quarks zusammen - und damit auch die Atomkerne. Sie wird durch Gluonen vermittelt.
Die schwache Kernkraft
Die schwache Wechselwirkung ist die Grundlage einiger radioaktiver Zerfallsprozesse und spielt auch eine Rolle bei der Kernfusion, die etwa im Innern von Sternen abläuft. Sie besitzt wie auch die starke Kernkraft nur eine kurze Reichweite.

Die schwache Kernkraft sagt auch die Existenz des sogenannten Higgs-Bosons voraus, das der Theorie zufolge allen anderen Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Der Partikel, auch "Gottesteilchen" genannt, wurde bisher aber noch nicht direkt beobachtet. Weltweit fahnden Forscher intensiv nach dem Teilchen. Mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger wie dem Large Hadron Collider (LHC) in Genf könnte es schon bald nachgewiesen werden.
Die fünfte Kraft
Seit Jahrzehnten fahnden Wissenschaftler nach einer fünften Kraft. Sie soll ähnlich schwach sein wie die Gravitation und auf Objekte aller Art wirken. Doch experimentell ließ sich die fünfte Fundamentalkraft - trotz einiger Versuche insbesondere in den späten achtziger Jahren - nicht schlüssig belegen.