Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/imho-ist-es-higgs-oder-nur-sein-zwillingsbruder-1207-92969.html    Veröffentlicht: 04.07.2012 18:57    Kurz-URL: https://glm.io/92969

IMHO

Ist es Higgs oder nur sein Zwillingsbruder?

Der Teilchenbeschleuniger LHC hat heute sein erstes wirklich großes Ergebnis geliefert, schreibt der Astronom und Blogger Florian Freistetter. Aber damit beginne die eigentliche Forschung erst. Entdeckungen in der Teilchenphysik seien kompliziert.

Der Nature-Journalist Geoff Brumfiel stellte heute während der Pressekonferenz am europäischen Kernforschungszentrum Cern die Frage, die sich wohl auch alle anderen gestellt haben: "So, have you found the Higgs or what?"

Gerüchte über eine mögliche Entdeckung machten schon seit Wochen die Runde. Zur Eröffnung der heute beginnenden Teilchenphysik-Konferenz ICHEP 2012 wurden zwei spezielle Vorträge am Cern angekündigt, die sich mit dem aktuellen Status der Suche beschäftigen sollen. Und spätestens als bekanntwurde, dass Peter Higgs selbst zu diesen Vorträgen eingeladen wurde, war klar, dass irgendetwas Besonderes bevorstehen muss.

Hat man nun also endlich das Higgs-Teilchen entdeckt? Eine lange Suche hätte dann ein glückliches Ende gefunden. 1964 veröffentlichten Peter Higgs und fünf andere Physiker eine neue physikalische Hypothese, die die Existenz eines neuen Teilchens vorhersagte. Dieses Teilchen sollte die immer noch unbeantwortete Frage klären, warum die Elementarteilchen eine Masse haben. Die Theorie war wunderbar, nur das Teilchen selbst blieb unentdeckt.

"Entweder das Higgs-Teilchen ist da oder es ist nicht da"

Jetzt, fast 50 Jahre später, scheint es endlich so weit zu sein. Wissenschaftler der beiden großen Teilchendetektoren Atlas und CMS präsentierten heute Vormittag die Resultate ihrer bisherigen Arbeit. Schon vergangenes Jahr im Dezember zeichnet sich ab, dass da irgendetwas ist. Entdeckungen in der Teilchenphysik sind allerdings kompliziert. Entweder das Higgs-Teilchen ist da oder es ist nicht da, könnte man ja denken. Man braucht doch also einfach nur nachsehen, oder? Die Realität ist leider viel verwirrender. Ich habe das zwar schon an anderer Stelle ausführlich beschrieben, fasse das Problem aber noch einmal kurz zusammen.

Elementarteilchen wie das Higgs-Boson sind nicht lange stabil. Sie wandeln sich in Sekundenbruchteilen in andere Teilchen um. Und nur die kann man messen. Diese Zerfallsprodukte können aber auch auf ganze andere Art und Weise entstehen, ganz ohne Higgs. Mit einem Teilchenbeschleuniger lässt man also möglichst viele Teilchen bei möglichst hohen Energien zusammenkrachen, um möglichst viele Zerfallsprodukte zu erzeugen.

Dann erstellt man eine Vorhersage, wie viele bestimmte Zerfallsprodukte man bekommen müsste, wenn es kein neues Teilchen gibt. Weichen die Messungen von der Vorhersage ab, dann hat man etwas Neues entdeckt! Oder aber man hat nur eine statistische Schwankung gesehen. Und genau das ist das Problem bei der Suche nach dem Higgs-Boson. Um wirklich ausreichend sicher zu sein, dass man nicht auf eine zufällige Schwankung hereingefallen ist, muss man sehr, sehr viele Daten produzieren. Wenn der Unterschied zwischen Theorie und Beobachtung dann immer größer wird und nicht verschwindet, hat man tatsächlich etwas entdeckt.

Und jetzt müssen wir herausfinden, welches Boson es ist

Vergangenes Jahr hatte man noch nicht genug Daten, um sich sicher zu sein, dass da etwas ist. Heute hat sich das geändert. Die Wissenschaftler der beiden Teilchendetektoren Atlas und CMS haben gemeinsam genug Daten zusammengetragen um mit ausreichender Sicherheit sagen zu können: Ja, wir haben ein neues Teilchen entdeckt! Aber ist dieses neue Teilchen das lang gesuchte Higgs-Boson?

Cern-Direktor Rolf-Dieter Heuer hat die Frage auf der Pressekonferenz diplomatisch beantwortet: "Wir haben etwas. Wir haben ein neues Boson entdeckt. Und jetzt müssen wir herausfinden, welches Boson es ist."

Es spricht viel dafür, dass es sich tatsächlich um das Higgs-Boson handelt. Es hat die richtige Masse. Aber man weiß noch zu wenig von seinen Eigenschaften, um sicher zu sein. Heuer verglich die Situation mit einem Bekannten, den man aus der Ferne auf sich zukommen sieht. Man meint, in ihm einen guten Freund zu erkennen. Aber ist er es wirklich? Oder ist es nur sein Zwillingsbruder?

Ein wunderbarer Kandidat für die dunkle Materie

Es kann auch gut sein, dass man so einen Zwillingsbruder entdeckt hat. Denn neben dem Standardmodell der Teilchenphysik gibt es auch ein paar hypothetische neue Modelle, die ebenfalls Higgs-ähnliche Teilchen vorhersagen. Da wäre zum Beispiel die Supersymmetrie oder kurz Susy. Laut dieser Theorie hätte jedes der bekannten Elementarteilchen noch ein bisher unbekanntes Partnerteilchen. Susy könnte einige Probleme der Teilchenphysik lösen - hätte aber auch Auswirkungen auf andere Wissenschaften. Eines dieser unbekannten Partnerteilchen wäre zum Beispiel ein wunderbarer Kandidat für die dunkle Materie. Die Supersymmetrie sagt allerdings die Existenz von vier weiteren Higgs-Teilchen voraus, die sich alle leicht von dem normalen Higgs-Teilchen des Standardmodells unterscheiden.

Hat man nun also das echte Higgs-Teilchen entdeckt? Oder einen seiner supersymmetrischen Zwillingsbrüder? Das ist eine wichtige Frage mit wichtigen Konsequenzen! Im ersten Fall hätte man das letzte fehlende Teilchen des Standardmodells entdeckt. Ein enorm erfolgreiches Kapitel der Wissenschaft könnte damit abgeschlossen werden. Im zweiten Fall dagegen hätte man eine komplett neue Physik entdeckt. Das Standardmodell müsste durch das neue supersymmetrische Modell ersetzt werden. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass man etwas ganz anderes entdeckt hat.

Man braucht mehr Daten

Man weiß momentan zwar, dass man etwas gefunden hat. Aber man kennt die Eigenschaften des neuen Teilchens noch nicht. Es gibt verschiedene Arten, auf die das Higgs zerfallen kann und man braucht mehr Daten, um genau zu untersuchen, wie sich das neue Teilchen in dieser Hinsicht verhält. Man braucht mehr Daten, um seine Masse exakter zu bestimmen. Aber diese Daten wird man bekommen.

Der Teilchenbeschleuniger LHC hat heute sein erstes wirklich großes Ergebnis geliefert. Aber jetzt beginnt die eigentliche Forschung erst. Das neue Teilchen muss untersucht werden; man muss seine Eigenschaften bestimmen und herausfinden, worum es sich handelt. Im LHC steckt noch jede Menge Potenzial.

Die Maschine ist bis jetzt auch noch nicht mit voller Kraft gelaufen. Es steht jetzt zwar erstmal eine lange Wartungspause an. Aber danach werden im Beschleuniger wieder Teilchen kollidieren. Die Wissenschaftler werden herausfinden, was sie heute entdeckt haben. Und mit Sicherheit werden sie auch noch andere neue Dinge entdecken. Dinge, von denen sie jetzt noch nicht einmal wissen, dass man sie entdecken kann...

Und was sagt eigentlich Peter Higgs zu der Entdeckung: "I didn't believe that this particle will be detected within my lifetime.... Well, now I can go home and drop dead!"

Naja, bis zur Verleihung der Nobelpreise Ende des Jahres sollte er noch durchhalten...

Florian Freistetter promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg als Astronom gearbeitet. Zurzeit lebt er in Jena, bloggt auf scienceblogs.de über Wissenschaft und schreibt Bücher.

IMHO ist der Kommentar von Golem.de. IMHO = In My Humble Opinion (Meiner bescheidenen Meinung nach).  (ff)


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