Fotostrecke

Cern: Die Jagd nach dem Higgs-Teilchen

Foto: CERN

Beschleuniger LHC Heiße Spur zum Gottesteilchen

Ist das der Durchbruch bei der Suche nach dem Higgs-Boson? Mit großer Wahrscheinlichkeit haben Forscher am Cern ein Partikel entdeckt, bei dem es sich um das sogenannte Gottesteilchen handeln dürfte. Doch für einen zweifelsfreien Beweis reichen die Messdaten wohl nicht.

Berlin - Die Spannung steigt: An diesem Mittwoch wollen Wissenschaftler am Kernforschungszentrum Cern in Genf ihre neuesten Erfolge bei der Jagd nach dem Higgs-Teilchen verkünden. Seine Entdeckung würde als direkter Nachweis für das sogenannte Higgs-Feld gelten, das Materie ihre Masse verleiht. Es wäre ein Meilenstein der Physik: Die Forscher könnten dann buchstäblich verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält.

Gerüchte darüber, dass der Nachweis des Higgs-Bosons kurz bevorstehe, kursieren bereits seit Wochen. Offiziell darf keiner der beteiligten Forscher die Ergebnisse vorab ausplaudern. Doch immer mehr Details sind inzwischen durchgesickert - etwa dass das Teilchen eine Masse von 125 Gigaelektronenvolt habe.

Von einer wirklichen Entdeckung möchte aber bislang noch niemand sprechen, denn offenbar ist die Statistik dafür nicht gut genug. Teilchenphysiker haben sich auf ein strenges Kriterium geeinigt: Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachteten Signale Zufall sind, darf nur etwa eins zu zwei Millionen betragen - erst dann ist offiziell von einer Entdeckung die Rede. Wie SPIEGEL ONLINE aus Kreisen der beteiligten Wissenschaftler erfuhr, liegt die Fehlerwahrscheinlichkeit bei den aktuellen Messdaten bei rund eins zu einer Million.

Was die Teilchenphysiker derzeit am Cern tun, kann man durchaus mit dem Werfen von Würfeln vergleichen. Sie wiederholen das Experiment immer wieder aufs Neue, um auszuschließen, dass die Ergebnisse reiner Zufall sind. Um nachzuweisen, dass ein Würfel nicht manipuliert ist, also alle sechs Seiten gleich wahrscheinlich auftreten, braucht man viele Würfe. Zwölf Versuche reichen auf keinen Fall, auch nicht hundert, eher Tausende oder Hunderttausende. Je mehr Würfe, desto besser ist die Statistik.

Vier Gleichungen für ein Teilchen

Physiker glauben, dass das Higgs-Feld das gesamte Universum durchdringt. Es wechselwirkt mit Materie und erzeugt damit quasi deren Masse. Higgs-Bosonen entstehen, wenn sich schwere Elementarteilchen extrem schnell durch das Higgs-Feld bewegen. Sie sollten bei den Kollisionen am LHC-Beschleuniger in Genf produziert werden.

Das Higgs-Teilchen hat nach dem Standardmodell der Teilchenphysik keine elektrische Ladung. Seine Masse konnte bisher noch nicht genau bestimmt werden. Forschern ist es aber gelungen, den Massebereich des Teilchens schrittweise immer weiter einzugrenzen.

Seinen Namen verdankt der Partikel dem Physiker Peter Higgs. Anderthalb Seiten lang war der Fachartikel, den er 1964 beim Fachblatt "Physical Review Letters" einreichte. Ganze vier Gleichungen fanden sich in dem Text, in dem Higgs einen mathematischen Kniff beschrieb, der Teilchen Masse verlieh - ein bis dahin in der Theorie ungelöstes Problem. Der schottische Physiker, in Wissenschaftlerkreisen damals unbekannt, hatte damit die schon als etwas verstaubt geltende Quantenfeldtheorie für Elementarteilchen weiterentwickelt.

Suche geht weiter

Die Gutachter des renommierten Fachblatts hielten zunächst wenig von der Idee. Im ersten Anlauf wurde der Artikel glatt abgelehnt. "Die fanden, das habe nichts mit Physik zu tun", sagte Higgs im Jahr 2000 im Gespräch mit dem SPIEGEL . Erst in einer zweiten Fassung stimmte die Zeitschrift dem Abdruck schließlich zu. Kurze Zeit später war Higgs' Theorie in aller Munde. Das nach ihm benannte Boson wird auch "Gottesteilchen" genannt - denn hätte Materie keine Masse, könnte sie sich auch nicht zu Galaxien, Planeten oder Lebewesen zusammenfinden.

Die Fahndung nach dem sogenannten Gottesteilchen ist auch deshalb so schwierig, weil bei den Kollisionen am LHC-Beschleuniger nicht immer dieselben Prozesse ablaufen. Das Higgs-Teilchen kann laut dem Standardmodell der Teilchenphysik in verschiedene Produkte zerfallen, zum Beispiel in zwei Photonen oder in ein Z-Boson und ein virtuelles Z-Boson. Diese beiden Zerfallsmodi wurden in den vergangenen Monaten von den Forschern am Cern intensiv untersucht.

Doch es gibt auch andere Zerfallsmodi, etwa Fermionen, die sich am LHC-Beschleuniger nicht so leicht beobachten lassen. Erst wenn all diese laut dem Standardmodell möglichen Prozesse nachgewiesen sind, können die Wissenschaftler sicher sein, dass ihr Modell tatsächlich stimmt. Ansonsten wäre es auch denkbar, dass man am Cern ein bislang unbekanntes Teilchen entdeckt hat, das dem hypothetischen Higgs-Boson ähnelt. "Es ist, als ob man aus der Ferne ein bekanntes Gesicht entdeckt", erklärte Cern-Generaldirektor Rolf Heuer. "Manchmal muss man genauer hinsehen, um herauszufinden, ob es wirklich der beste Freund ist oder nur sein Zwilling."

Um diese anderen Zerfallsprodukte nachweisen zu können, benötigen die Wissenschaftler noch deutlich mehr Messdaten. Die Suche nach dem Higgs-Boson ist also noch lange nicht beendet.