Teilchenphysik: Forscher müssen eventuell fünf "Gottesteilchen" finden

Die Suche nach dem sogenannten Higgs-Boson beschäftigte Teilchenphysiker weltweit. Doch möglicherweise müssen sie nicht nach einem, sondern nach gleich fünf Partikeln fahnden. Das zumindest leiten einige Wissenschaftler aus den Ergebnissen eines Experiments in den USA ab.

Teilchenbeschleuniger Tevatron: Existieren gleich fünf Arten von Higgs-Bosonen? Zur Großansicht
Reidar Hahn

Teilchenbeschleuniger Tevatron: Existieren gleich fünf Arten von Higgs-Bosonen?

Wie kompliziert ist der Mikrokosmos? Dass das Standard-Modell der Teilchenphysik erweitert werden muss, scheint mittlerweile klar. Das Modell besteht aus einer Handvoll Formeln, die fast alle Phänomene der Teilchenwelt verblüffend präzise beschreiben - aber eben nicht alle.

Doch wie stark muss man das Modell modifizieren, damit die Ordnung im Teilchenzoo auch weiterhin stimmt? Bevor Wissenschaftler an die Erweiterung gehen, müssen sie ohnehin erst noch einen entscheidenden Baustein finden: das sogenannte Higgs-Boson. Manchmal wird das Partikelchen schwärmerisch als Gottesteilchen bezeichnet. Doch auch die Variante, dass das Modell auf gleich fünf Teilchen dieser Art erweitert werden muss, wird immer wieder diskutiert.

Ein Experiment in den USA könnte nun einen Hinweis darauf zu Tage gefördert haben, dass Forscher in der Tat nach fünf statt nach nur einem Higgs-Boson suchen müssen. Grundlage dieser Vermutung ist das "D Zero"-Experiment am Tevatron-Beschleuniger des Fermilab (in Batavia, US-Bundesstaat Illinois). Es hatte bei Protonen-Antiprotonen-Kollisionen ein merkwürdiges Ergebnis zu Tage gefördert: Wie von den Forschern erwartet waren Myonen und ihre Gegenspieler, die Antimyonen entstanden. Allerdings hatte sich bei Milliarden von Kollisionen ein einprozentiger Überschuss von Myonen gegenüber den Antimyonen ergeben.

Die Wissenschaftler Bogdan Dobrescu, Patrick Fox und Adam Martin, allesamt angestellt am Fermilab, versuchen diese Beobachtung nun zu interpretieren. Dazu haben sie einen Aufsatz bei " arxiv.org" veröffentlicht, einem Portal auf dem Naturwissenschaftler ihre Arbeiten bereits vor ihrer offiziellen Veröffentlichung zur Diskussion stellen können.

Aus Sicht der Forscher weisen die "D Zero"-Daten darauf hin, dass es insgesamt fünf Higgs-Bosonen geben muss. Drei von ihnen müssten über eine neutrale Ladung verfügen - die übrigen beiden wären positiv beziehungsweise negativ geladen. Die fünf Teilchen wären den Forschern zufolge aber alle gleich schwer. Das Vorhandensein von insgesamt fünf Higgs-Bosonen würde auch gut mit dem Modell der sogenannten Supersymmetrie zusammenpassen.

Das Standard-Modell der Teilchenphysik besteht aus 24 Teilchen: 6 Quarks, 6 sogenannte Leptonen, zu denen die Elektronen zählen, und 12 Austauschteilchen. Allerdings hat das Modell Probleme damit, die Gravitation zu erklären. Außerdem bezieht es sich nur auf die uns bekannte Form der Materie. Die sogenannte dunkle Materie, die rund ein Viertel des Universums mit ausmacht, wird nicht erfasst.

Deswegen arbeiten Forscher daran, das Modell zu erweitern. Das ist vor allem ein theoretische Arbeit. In der Praxis ist ein Higgs-Boson trotz jahrzehntelanger Suche bisher noch nicht beobachtet worden. Das gegebenenfalls nachzuholen gehört zu den wichtigsten Zielen des milliardenteuren Großexperiments LHC, das derzeit am Europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf läuft.

chs

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