Meilenstein in der Physik Forscher beobachten erstmals Zerfall von Higgs-Teilchen in Bottom-Quarks

Das Higgs-Boson verleiht anderen Elementarteilchen ihre Masse. Aber was entsteht, wenn das Teilchen selbst zerfällt? Forscher haben dabei nun erstmals zwei Bottom-Quarks beobachtet.

Illustration des Higgs-Zerfalls
Cern/dpa

Illustration des Higgs-Zerfalls


Vor sechs Jahren gelang Physikern in Genf mit dem Nachweis des seit Jahrzehnten gesuchten Higgs-Bosons eine Sensation - nun verkündeten sie einen neuen Meilenstein (hier und hier).

Laut den Mitteilungen konnten sie erstmals den Zerfall eines Higgs-Bosons in zwei sogenannte Bottom-Quarks nachweisen. "Diese Beobachtung ist ein Meilenstein in der Untersuchung des Higgs-Bosons", sagte Karl Jakobs, Leiter des "Atlas"-Experiments am Forschungszentrum Cern. Der Versuch bestätigt nach den Angaben das Standardmodell der Teilchenphysik. Quarks sind elementare Bauteile des Universums. Die Forscher haben ihre Ergebnisse nun zur Publikation in einer Fachzeitschrift eingereicht.

Neben dem "Atlas"- war auch das "CMS"-Projekt beteiligt, das ebenfalls am größten Teilchenbeschleuniger der Welt bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf angesiedelt ist. Dort werden im Large Hadron Collider (LHC) Protonen mit bisher unerreichten Energien aufeinander geschossen und dabei entstehende Teilchen detektiert.

CMS-Detektor am Cern
Richard Juilliart/AFP

CMS-Detektor am Cern

So wurden auch Higgs-Bosonen erstmals 2012 am Cern experimentell nachgewiesen - fast 50 Jahre, nachdem der Physiker Peter Higgs sie theoretisch beschrieben hatte. Der Nachweis der Teilchen galt als Beweis des Higgs-Feldes. Es ist allgegenwärtig und verleiht bis auf wenige Ausnahmen allen Objekten eine Masse (mehr dazu lesen Sie hier). Der Nachweis des Zerfalls von Higgs-Bosonen in Bottom-Quarks, wie es das Standardmodell vorhersagt, stand aber noch aus.

Bottom-Quarks entstehen nicht nur beim Higgs-Zerfall

Das Problem dabei ist, dass Bottom-Quarks auch auf anderen Wegen entstehen können. Um den Zerfall des Higgs-Bosons von diesen "Hintergrundgeräuschen" zu trennen, wiederholten die Forscher ihr Experiment immer wieder.

In diesen Daten schließlich die beim Higgs-Zerfall entstehenden Bottom-Quarks nachzuweisen, sei nur mithilfe moderner Maschinenlerntechniken möglich gewesen, so CMS-Leiter Joel Butler.

Für ihr Experiment bestimmten die Forscher außerdem exakt die Bahnen der bei der Kollision entstehenden Teilchen. Bottom-Quarks fliegen nur wenige Millimeter, bevor sie wieder zerfallen. Die Forscher wollten also genau wissen, wo sie nach ihnen suchen müssen.

Im Video: Das Higgs-Teilchen - Wie funktioniert unser Universum?

Das Cern hat bereits den Grundstein für einen Ausbau der größten Forschungsmaschine der Welt gelegt. Ab 2025 sollen noch mehr Protonenkollisionen erzeugt werden, um die Grenzen der bislang bekannten Physik zu sprengen.

Anmerkung: Eine frühere Version dieses Artikels war überschrieben mit "Forscher beobachten erstmals Zerfall von Higgs-Teilchen". Tatsächlich neu ist, dass erstmals der Zerfall eines Higgs-Bosons in zwei sogenannte Bottom-Quarks nachgewiesen werden konnte. Wir haben die Zeile entsprechend präzisiert.

jme/dpa

insgesamt 25 Beiträge
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Le Commissaire 28.08.2018
1. Wo ist der Rest?
Müssen da nicht noch einige andere Teilchen entstanden sein? Ein Higgs-Boson hat eine Masse (um mal eine Größe herauszugreifen) von rund 125 GeV, die beiden Bottom Quarks zusammen nur 8,36 GeV. Da fehlt also noch eine Menge. Oder unterliege ich hier einem Denkfehler?
vitoversace 28.08.2018
2. "Das Higgs-Boson verleiht anderen Elementarteilchen ihre Masse."
Das Higgs-Boson selbst gibt den Teilchen keine Masse, das Higgs-Feld macht das (das Higgs-Feld existiert theoretisch überall im Universum). Das Higgs-Boson ist eine Anregung des Higgs-Feldes. Das Higgs-Boson ist nur die sichtbare Manifestation dieses Feldes.
rabode 28.08.2018
3. wann wird das eigentlich...
mal richtig dargestellt. Das Higgs Feld verleiht nur den Elementarteichen eine Masse. Zu der Masse der Atome trägt es nur ca. 1% bei.
Wolfgang H. 28.08.2018
4. Hm, ich weiß gar nicht wie ich anfangen soll...
Wenn man Protonen mit fast Lichtgeschwindigkeit gegenläufig aufeinanderprallen lässt haben sie eine gigantische kinetische Energie (+ Energie der Ruhemasse). Was will man da finden? Wenn man von mrd Kollisionen nur wenige Ereignisse findet, die genau ins Energiefenster passen und dann Hurra schreit? Irgendwann wird man das Ergebnis finden weil es dann statistisch eintritt. Die Bruchstücke haben aber immer nur die Energie der Ruhemasse + die kinetische Energie derselben. Die Summe der Energien der Zerfallsprodukte ist die Summe der Energie der Ruhemasse und der Bewegungsenergie der Beschleunigung auf fast “c”. Logisch, dass die Zerfallsprodukte hohe Energien aufweisen. Da muss man kein neues Higgs-Teilchen erfinden. Fakt ist, dass es in unserem Universum nur 2 stabile Elementarteilchen gibt (Proton , Elektron), wenn man sie bei Kollisionen zerstört entstehen keine “Krümel” die weiter existieren. Es entstehen immer nur hochenergetische Bruchstücke, die sofort zu Gamma-Photonen zerfallen ( pico-sekunden). Auch Quarks können nicht isoliert existieren. Ergo: Protonen bestehen aus hochenergetischen Photonen (eher Neutrinos) die durch die hohe Energiedichte gebunden bleiben. Auch ein Indiz für den Urknall, weil nur eine einzige Form gebundener Energie (Proton,Elektron) im Universum existiert. Die Message ist: Das postulierte Higgs-Teilchen und das entsprechende Energie-Äquivalent zu finden welches dem “Proton die Masse verleiht” ist etwas provokant formuliert nur eine Ausrede. Man hat es nicht wirklich verstanden.
liqyid 28.08.2018
5. @Le Commissaire
Ich bin kein Physiker und kann es dir leider nicht nachrechmen, aber soviel ich von Teilchenphysik verstehe, haben Quarks aufgrund der Potentiellen Energie der Quarks eine geringere Masse als ihre z.B. Hadronen.
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