PhysikHaarscharf am gottverdammten Teilchen vorbei

Die Belege scheinen überwältigend: Forscher könnten ein neues Teilchen gefunden haben. Unklar ist, ob es das Higgs-Boson ist, der letzte Baustein im Weltbild der Physik. von 

Diese Computeraufnahme zeigt Teilchenkollisionen, die der CMS-Detektor am größten Ringbeschleuniger der Welt in Genf erkannt hat.

Diese Computeraufnahme zeigt Teilchenkollisionen, die der CMS-Detektor am größten Ringbeschleuniger der Welt in Genf erkannt hat.  |  © L. Taylor/T. McCauley/Cern

Seit Wochen rumort es in der Gerüchteküche: Steht die Entdeckung des Higgs-Boson unmittelbar bevor? Am Mittwoch werden auf einem live übertragenen Seminar am Genfer Kernforschungszentrum Cern neue Daten des Large Hadron Collider ( LHC ) präsentiert, die der weltgrößte Teilchenbeschleuniger zwischen April und Mitte Juni gesammelt hat. Schon Ende vergangenen Jahres hatte man dort Hinweise auf ein neues Elementarteilchen präsentiert , bei dem es sich um das nach dem schottischen Physiker Peter Higgs benannte Partikel handeln könnte. Damals war das Signal aber zu schwach, um von einer Entdeckung reden zu können.

In einer Presseerklärung, die ZEIT ONLINE vorliegt, schreiben Forscher nun, dass sich auch in den neuen Daten das verdächtige Signal finde. "Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachteten Signale eine Fehlmessung oder statistische Fluktuation sind, liegt bei 1:1.000.000", heißt es darin. Damit läge man haarscharf unter der Grenze von fünf Standardabweichungen, die für einen sauberen wissenschaftlichen Nachweis nötig sind. Vergangenen Dezember lag die Fehlerwahrscheinlichkeit noch bei vergleichsweise hohen 1:500. Somit trauen sich die Forscher, jetzt schon zu sagen: Das Signal entspreche der Hypothese, dass es sich um das Higgs-Teilchen handelt.

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Die verklausulierte Formulierung soll ausdrücken: Auch wenn mittlerweile kaum noch ein Zweifel daran besteht, dass am LHC ein neues Teilchen gefunden wurde – noch kann man nicht sagen, ob es das Higgs ist. Wo die Forscher im Dezember erst die Hutspitze sahen, zeigt sich ihnen jetzt zwar der ganze Hut. Das verrät allerdings noch nicht, was sich darunter verbirgt. Erst wenn man weitere Eigenschaften des neuen Teilchens vermessen habe, könne man festlegen, dass es sich um das Higgs-Teilchen handelt, heißt es in dem Pressetext. Das dürfte, so sagen beteiligte Forscher, frühestens im Herbst der Fall sein.

Elementarteilchen: Materie

Als Elementarteilchen werden all jene Bausteine bezeichnet, die (soweit Physiker wissen) nicht weiter zerlegbar sind.

Das bekannteste Elementarteilchen ist das Elektron, das gemeinsam mit den selteneren Myonen und Tauonen zu den Leptonen zählt. Neben diesen drei Leptonen gibt es noch drei unterschiedliche Neutrinos, die ebenfalls zu den Elementarteilchen zählen. Neutrinos entstehen etwa bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken oder bei der Kernfusion in der Sonne.

Darüber hinaus gibt es sechs weitere Elementarteilchen, die Quarks. Aus ihnen bestehen etwa Protonen und Neutronen, aus denen der Kern eines Atoms aufgebaut ist.

Zusammen bilden diese insgesamt 12 Elementarteilchen die Grundbausteine der Materie. Entsprechend gibt es 12 Antiteilchen, die die Antimaterie bilden.

Kräfte

Nicht alle Elementarteilchen sind Bestandteil der Materie. Es gibt fünf weitere Elementarteilchen, die als Austauschteilchen Kräfte übertragen.

Das Gluon klebt Quarks im Atomkern zusammen, das Photon vermittelt die elektromagnetische Kraft. W-- und W+- Teilchen sowie Z-Teilchen spielen beim radioaktiven Zerfall eine Rolle.

Insgesamt gibt es daher also derzeit 29 Elementarteilchen, die im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik die Zusammensetzung der Welt erklären.

Higgs-Boson

Ein möglicher Kandidat für das 30. Elementarteilchen ist das Higgs-Boson, das Forscher mithilfe des Teilchenbeschleunigers LHC im Forschungszentrum Cern nachgewiesen haben.

Nach einer Theorie des britischen Physikers Peter Higgs aus den sechziger Jahren muss ein bislang unbekanntes Feld (Higgs-Feld) alles durchdringen und sämtlichen anderen Elementarteilchen ihre Masse verleihen. Der Physiker erhielt 2013 zusammen mit François Englert für seine Theorie den Nobelpreis.

Physiker vergleichen den Higgs-Mechanismus gerne mit einer Cocktailparty unter Politikern: Zu Anfang sind die Anwesenden gleichmäßig verteilt, doch sobald der Premierminister den Raum betritt, zieht er andere Politiker stark an und sammelt sie haufenartig um sich herum. Bewegt er sich im Laufe der Party durch den Raum, wenden sich ihm ständig neue Zuhörer zu, während andere die Menschentraube verlassen.

So erhält der Premierminister ein größeres Gewicht – und auf ähnliche Weise erzeugt das hypothetische Higgs-Feld die Masse der Elementarteilchen. Eine einst als unveränderlich angesehene Eigenschaft wie die Masse wäre demnach nur das Ergebnis einer Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld – eine seltsame Vorstellung, die aber für Physiker nichts Ungewöhnliches ist.

Mit demselben Bild lässt sich auch eine weitere Folgerung aus der Theorie erklären: Der Cocktailparty-Mechanismus funktioniert nämlich auch, wenn ein Gerücht den Raum durchquert. Darum scharen sich ebenfalls Zuhörer und verleihen ihm so eine (wenn auch flüchtige) Masse. Auf ähnliche Weise soll das Higgs-Feld ein Higgs-Teilchen hervorbringen. Dessen Nachweis ist somit der beste Beleg für die ganze Theorie.

Sollte sich der Verdacht der Forscher erhärten, fände eine Ära der modernen Teilchenphysik ihren krönenden Abschluss. Das Higgs-Teilchen ist das letzte Puzzlestück in dem mikroskopischen Modell, mit dem Physiker seit einem halben Jahrhundert die Welt beschreiben. Das sogenannte Standardmodell beinhaltet eine Zusammenstellung der elementaren Konstituenten des Kosmos sowie der Kräfte, die zwischen ihnen wirken. Seit den 1960er Jahren wurden die meisten seiner theoretischer Vorhersagen bestätigt, als letztes Teilchen kam 1995 das Top-Quark hinzu.

Das Higgs-Teilchen hat eine enorme Tragweite für das physikalische Weltbild. Doch sein Spitzname Gottesteilchen ist unter Physikern eher gefürchtet. Denn der Gottesbezug ist einem unbedachten Kompromiss zu verdanken. 1993 wollte der Nobelpreisträger Leon Ledermann seinem Buch über Teilchenphysik eigentlich den Titel The God Damn Particle geben. Sein Verleger strich das Damn und aus dem gottverdammten Teilchen wurde ein heiliges.

Nichtsdestotrotz wäre das Auftauchen des Higgs der Beweis dafür, dass jeder Fleck des Universums von einem unsichtbaren Energiefeld durchzogen wird – einer Art modernem Äther. Von ihm werden andere Elementarteilchen abgebremst und erhalten somit ihre Schwere. Als alleinige Erklärung für die Masse von Materie taugt das Higgs-Feld indes nicht. Der Löwenanteil des Gewichts des menschlichen Körpers stammt von den Bindungsenergien der Atomkerne. Das Higgs würde nur jenen Teil bereitstellen, den Physiker als Ruhemasse kennen. Das sind nur wenige Prozent des Gewichts eines Menschen.

Leserkommentare
  1. "In einer Presseerklärung, die ZEIT ONLINE vorliegt, schreiben Forscher..."

    Diese Presseerklärung, die vorliegt, aber noch nicht veröffentlicht ist, steht vermutlich unter Embargo (?).

    Wäre es nicht bessere journalistische Praxis, die Veröffentlichung der Presseerklärung von CERN und die von "Nature" - beides wird für morgen erwartet - abzuwarten, so dass die Kommunikation der Wissenschaftler zeitgleich mit der, der Journalisten stattfindet?

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    Redaktion

    Lieber deutscherinparis,

    In diesem Fall sind die Inhalte aus der Presseerklärung bereits mehrfach in den vergangenen Stunden und damit vor Ablauf der Sperrfrist öffentlich verbreitet worden.

    Herzliche Grüße aus der Redaktion

    Scott Adams hat es klar erkannt:

    http://dilbert.com/strips...

    • JD
    • 03. Juli 2012 17:32 Uhr

    durch die Erzeugung eines Massefeldes mit Warpgeschwindigkeit durch die unser RaumZeit Kontinuum zu gleiten :) Wunderbar ich freue mich schon darauf, die ersten Tickets kaufen zu können.

    Schade nur, dass jede Entdeckung, die die Physik macht in einer weiteren Frage resultieren wird. Denn selbst wenn wir unser Universum zu 100% erfoscht haben, so ist immer noch die Frage gegeben, was außerhalb dieses Universums liegt und wie entstanden ist und dann stellt sich die Frage, wie das entstanden ist, das unser Universum hat entstehen lassen :)

    Aber immerhin haben wir nun ein Higgs genanntes Teilchen entdeckt, mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:1 000 000 :) Da können doch ein paar Flaschen Sekt geköpft werden!

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    "Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachteten Signale eine Fehlmessung oder statistische Fluktuation sind, liegt bei 1:1.000.000"...das ist natürlich etwas anderes.

    Schade nur, dass jede Entdeckung, die die Physik macht in einer weiteren Frage resultieren wird.

    Das ist doch das Schöne an der Wissenschaft (gilt allgemein, nicht nur für die Physik). Da hätte ich mir einen langweiligen Job ausgesucht, wenn es nicht dauernd Neues zum Erforschen gäbe ;)

    • hairy
    • 03. Juli 2012 23:32 Uhr

    Wieso 'außerhalb'? Das gibts nicht.

  2. Redaktion

    Lieber deutscherinparis,

    In diesem Fall sind die Inhalte aus der Presseerklärung bereits mehrfach in den vergangenen Stunden und damit vor Ablauf der Sperrfrist öffentlich verbreitet worden.

    Herzliche Grüße aus der Redaktion

    Antwort auf "Embargo?"
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    • joG
    • 05. Juli 2012 13:07 Uhr

    .....wurde in einem Interview mit einem deutschen Wissenschaftler thematisiert. Es hat aber von etwas Interessenwert.

    Vor einigen Jahren muss wohl ein Physiker gezeigt haben, dass sich im LHC winzige Schwarze Löcher bilden können bei höheren Energien. Diese Energien sind wohl bei diesem Experiment überschritten worden. Interessant dabei ist die sehr negative und verzögerte Wirkung auf unser Leben. Auch fand ich spannend, dass die verwendeten Messsysteme solche Löcher nicht erkennen würde können. Es sei zwar nicht sicher, dass Schwarze Löcher entstanden wären. Die Wahrscheinlichkeit würde jedoch steigen bei jedem hoch energetischen Einsatz.

  3. 4. Ohjeh

    Das größte "Unglück" wäre wohl die Existenz eines Teilchens im vorausberechneten Ruhemassenbereich. Nur würden dessen Zerfallskanäle nicht mit denen des vorausberechneten Higgs-Boson übereinstimmen. Früher hat mal jemand bei der Entdeckung des Myons gefragt: "Who ordered that?" Eigentlich dachte man damals eher an ein Meson. Hoffentlich entstehen jetzt da keine Parallelen, lol

    • porph
    • 03. Juli 2012 17:44 Uhr

    "Krönender Abschluss"? "Letztes fehlendes Teilchen"?

    Das mag ja alles schön reißerisch klingen, aber man sollte keinesfalls in Versuchung gelangen, zu denken, mit der Komplettierung _eines Modells_ sei eine endgültige Erklärung gefunden. Ein Modell ist eben genau das: ein Modell. Wissenschaftliche Modelle werden mit schöner Regelmäßigkeit überworfen, weil die Wirklichkeit eben doch nie so einfach ist, wie man es sich im (noch so durchdachtetsten) Modell ausmalte.

    Auch die Vorsokratiker hatten schon Atommodelle, auch Avogadro hatte ein in sich erstmal recht schlüssiges Modell. Sie wurden alle ersetzt, genauso wie das aktuelle Modell, welches das verzweifelt gesuchte Teilchen enthält, mit an Sicherheit angrenzender Wahrscheinlichkeit irgendwann ersetzt wird.

    Ja, ein Modell ist wichtig und der einzig gangbare Weg zu neuem Verständnis. Aber man sollte sich eben über dessen (intrinsische!!) Limitierungen bewusst sein und sich daher mit "absoluten" Formulierungen zurückhalten. Gesunde Skepsis ist in jedem Wissenschaftsbereich angebracht.

    (Das ist kein direkter Vorwurf gegenüber den Redakteuren, die ggf. nur das wiedergeben, was die an der Entdeckung beteiligten Wissenschaftler an die Öffentlichkeit geben. Natürlich möchte man die eigene Arbeit als die ultimative Lösung für ein möglichst altes Problem darstellen. :-))

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    ... wie ein (sehr wahrscheinlich) simplifiziertes Modell Aussagen ueber die Realitaet treffen kann.

    Z.B., jetzt mit Bezug auf den Artikel, ist es witzig das man Quarks in einem Modell benutzt obwohl diese nicht direkt beobachtbar sind (soweit ich weiss) aber die entsprechende Idee trotzdem einen Ausschnitt der Welt korrekt beschreibt bzw. korrekte Vorhersagen trifft.

    Und alle Modelle lassen sich durch die Mathematik zusammenhalten, welche wiederum auf der Logik und ein paar Axiomen basiert. Wahrlich faszinierend. Herr Lesch, uebernehmen Sie!

  4. "Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachteten Signale eine Fehlmessung oder statistische Fluktuation sind, liegt bei 1:1.000.000"...das ist natürlich etwas anderes.

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    • JD
    • 03. Juli 2012 22:55 Uhr

    hier sowie auch in dem Rest meines Artikels bemerkt haben.

  5. ... wie ein (sehr wahrscheinlich) simplifiziertes Modell Aussagen ueber die Realitaet treffen kann.

    Z.B., jetzt mit Bezug auf den Artikel, ist es witzig das man Quarks in einem Modell benutzt obwohl diese nicht direkt beobachtbar sind (soweit ich weiss) aber die entsprechende Idee trotzdem einen Ausschnitt der Welt korrekt beschreibt bzw. korrekte Vorhersagen trifft.

    Und alle Modelle lassen sich durch die Mathematik zusammenhalten, welche wiederum auf der Logik und ein paar Axiomen basiert. Wahrlich faszinierend. Herr Lesch, uebernehmen Sie!

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    zusammenhalten, welche wiederum auf der Logik und ein paar Axiomen basiert."

    ... und den Konstanten, wenn's nicht so gut passt.
    http://de.wikipedia.org/w...

  6. Schade nur, dass jede Entdeckung, die die Physik macht in einer weiteren Frage resultieren wird.

    Das ist doch das Schöne an der Wissenschaft (gilt allgemein, nicht nur für die Physik). Da hätte ich mir einen langweiligen Job ausgesucht, wenn es nicht dauernd Neues zum Erforschen gäbe ;)

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    "Das ist doch das Schöne an der Wissenschaft (gilt allgemein, nicht nur für die Physik). Da hätte ich mir einen langweiligen Job ausgesucht, wenn es nicht dauernd Neues zum Erforschen gäbe ;)"

    mit der jede neu entdeckte angebliche Ursache die Frage nach dem nächsten verursachenden Zahnrad enthält.
    Die Welt als Descartes' Ideale Maschine.
    Nicht ohne Grund nannte man ein derartiges Weltbild schon in der Antike "Schwanzbeißer".

    • JD
    • 03. Juli 2012 23:00 Uhr

    aber trotz allem finde ich es ein wenig schade, dass wir trotz jeder weiteren Entdeckung, die wir machen, immer nur einen Bruchteil wissen werden. Staub im Wind ;)

    Dafür können sie nur am Rande etwas. Mich stört erstens das es eine gewisse MetSphären gibt welche früher nur der verpönten Religion zugestanden wurde und zweitens dass unser aller SteuerGeld dieses Forschen in manchen Fällen Fehlgeburt bezahlt und nur manche die Forschungsergebnisse nutzen kann bzw viel Geld macht da man es kommerzialisiert und vorher für ein Apfel und ein Ei kaufte

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