LHC: Higgs zerfällt, wie er soll

Es hat sechs Jahre gedauert: Forscher am LHC haben einen bestimmten Zerfall des Higgs-Bosons nachgewiesen. Die Ergebnisse bestätigen das Standardmodell der Physik.

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Higgs-Zerfall in zwei Bottom-Quarks: Analyse mit maschinellem Lernen
Higgs-Zerfall in zwei Bottom-Quarks: Analyse mit maschinellem Lernen (Bild: Atlas Collaboration/Cern)

Keine neue Physik: Das Higgs-Boson zerfällt, wie das Standardmodell der Physik voraussagt, in Bottom-Quarks. Sechs Jahre nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Kernforschungszentrum Cern haben Forscher den Nachweis für diesen Zerfall geführt.

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Laut dem Standardmodell zerfällt ein Higgs-Boson unter anderem in ein Paar Bottom-Quarks. Andere Möglichkeiten sind, dass das Teilchen in ein Photonenpaar oder Tau-Leptonen zerfällt. Doch auch wenn der Zerfall in Bottom-Quarks deutlich die Mehrheit ausmacht - etwa 60 Prozent -, konnten die Forscher der Experimente A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS) ihn erst jetzt nachweisen.

Das Problem ist, dass es bei Protonen-Kollisionen viele Möglichkeiten gibt, Bottom-Quarks zu erzeugen. Die Schwierigkeit für die Forscher bestand darin, die Signale der Higgs-Zerfälle vom Hintergrundrauschen zu isolieren. Dazu untersuchten die Atlas- und CMS-Forscher Daten aus dem ersten und dem zweiten Durchlauf des LHC mit Hilfe neuer Analysemethoden. Dabei kam auch maschinelles Lernen zum Einsatz.

Die Ergebnisse hätten eine statistische Sicherheit von deutlich über 5 Sigma, sagten die Kollaborationen von Atlas und CMS in einer Veranstaltung am Cern am Dienstag. Damit gelten sie als gesichert. Die Atlas-Kollaboration hat ihre Ergebnisse zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Physics Letters B, die CMS-Kollaboration in den Physical Review Letters eingereicht.

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Der LHC ist derzeit der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Ein wichtiges Ziel für seinen Bau war der experimentelle Nachweis des Higg-Teilchens, das Physiker Peter Higgs und François Englert in den 1960er Jahren theoretisch vorhergesagt hatten. 2012 gelang dieser Nachweis. Higgs und Englert erhielten im Jahr darauf den Nobelpreis für Physik.

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