Teilchen-EntdeckungDer Higgs-Hype ist voreilig!

Lange wartete die Öffentlichkeit auf die Entdeckung des vermeintlichen Gottesteilchens. Nun ist die Sensation da. Doch gefunden ist das Higgs nur fast, meint Robert Gast von 

Teilchenkollision, die der CMS-Detektor am Kernforschungszentrum Cern aufgenommen hat. In einem riesigen Datenwust fanden Physiker Hinweise auf ein neues Teilchen auf.

Teilchenkollision, die der CMS-Detektor am Kernforschungszentrum Cern aufgenommen hat. In einem riesigen Datenwust fanden Physiker Hinweise auf ein neues Teilchen.  |  © Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

Wenn sich Physik und Popkultur begegnen, handelt es sich meistens um ein Missverständnis. Wie im Falle von Peter Higgs, einem mittlerweile 83-jährigen Rentner, der vor 48 Jahren einen guten Einfall hatte. Die Idee sollte eine Schlüsselrolle in dem mikroskopischen Modell einnehmen, mit dem Physiker seit einem halben Jahrhundert das Universum beschreiben. Obwohl er an der eigentlichen Ausarbeitung keinen Anteil mehr hatte, wird die Pionierarbeit dem Schotten – sowie zwei seiner Kollegen, die parallel denselben Mechanismus entwickelten – vermutlich den Nobelpreis sichern.

Zum Popstar taugt indes weder Peter Higgs , noch das nach ihm benannte Teilchen. Als Higgs, dem Menschen, heute auf der großen Verkündung am Kernforschungszentrum Cern das Mikrofon hingehalten wurde, bedankte er sich schüchtern bei den Tausenden Physikern und Technikern, die den weltgrößten Teilchenbeschleunigern zu einem Erfolg gemacht haben. Mehr hatte er nicht zu sagen.

Noch blasser kam das neu entdeckte Teilchen daher: Ein winziger Hubbel in einem Punktediagramm, inmitten Dutzender Folien voller kryptischer Zahlen und griechischer Buchstaben.

Anzeige

Es bedurfte der Übersetzungsarbeit von Cern-Direktor Rolf-Dieter Heuer, um das darin enthaltene Ergebnis zu erklären: Für Laien gelte das Higgs-Teilchen als gefunden, sagte Heuer nach den wissenschaftlichen Vorträgen. Für Physiker ist die Sache allerdings etwas komplizierter. Nach den strengen Regeln der Teilchenphysik fehlt noch eine Haaresbreite, damit man von einer Entdeckung sprechen kann. Die nötige Signifikanz von fünf Sigma kann bisher nur der Atlas-Detektor vermelden, einer von zwei Messsystemen. Das CMS-Experiment, dessen Ergebnisse bereits in den vergangenen Tagen publik wurden , scheitert hingegen knapp an der Hürde.

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.

Hinzu kommt, dass eine Frage bisher unbeantwortet ist: Handelt es sich bei dem Fund tatsächlich um das Higgs-Teilchen? Um sie zu beantworten, müssen noch weitere Messungen und Analysen durchgeführt werden, die nur mit sehr viel Glück Monate, sehr viel wahrscheinlicher aber Jahre dauern werden. Rätselhaft ist etwa, wieso noch kein Überschuss an sogenannten W-Bosonen aus den Teilchenkollisionen in dem unterirdischen Kreisbeschleuniger hervorging. Ohne ihn werden Zweifel bestehen bleiben, ob man es nicht mit etwas ganz anderem als dem Higgs zu tun hat. Auch muss in mühsamer Arbeit der Spin (eine Art Eigendrehimpuls) des Teilchens vermessen werden, genauso wie die bevorzugte Richtung, in die die Zerfallsprodukte schießen.

Leserkommentare
  1. Die ganze Aufregung ist nicht zu verstehen.

    Dass Teilchen Masse verleihen können ist nichts Neues und kann von jedermann in einem Eigenversuch nachvollzogen werden.
    Dazu braucht es nur ein paar süße Teilchen vom Bäcker ihres Vertrauens und eine Waage.

  2. danke fuer die Antwort!

    Aber man muss die Kirche schon im Dorf lassen. Die zwei Detektoren sind natuerlich dazu da um Ergebnisse jeweils zu bestaetigen. Z.B. gibt es am Tevatron jede Menge Anomalien (Abweichungen vom Standard Modell), die jeweils nur in einem Detektor beobachtet wurden. In dem Fall kann man davon ausgehen, dass es eher die Analyse fehlerhaft ist oder der Detektor noch nicht gut genug verstanden ist.

    Momentan am LHC sehen beide Experimente aber konsistent den gleichen Befund. Atlas hatte etwas mehr Glueck und hat die 5.0 sigma geknackt, waehrend CMS bei 4.9 sigma liegt. Und was ist schon 0.1 sigma unter Freunden? CMS haette ja auch einfach den di-tau Kanal rauslassen koennen und waere bei 5.1 sigma. Das waere schon eher schlechte wissenschafltiche Praxis.

    Der look elsewhere Effekt wurde diesmal nicht eingerechnet, da es faktisch kein elsewhere mehr gibt. Das jeweils andere Experiment schliesst ja schon fast den ganzen Massenbereich aus.

    Schoene Gruesse,
    Ringelpiez

    • Akanda
    • 04. Juli 2012 19:05 Uhr

    ... der nächste Schritt, der darauf wartet, gegangen zu werden, ist die Erkenntnis , dass Bewusstsein auch eine Eigenschaft des allem zu Grunde liegenden Einheitlichen-Feldes ist — eine Realistation, die die Vedischen Seher schon vor mehr als 5000 Jahren gehabt haben... .

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    Sie müssen doch zugeben, dass hier bedeutendes positives Karma für die ganze Menschheit geschaffen wurde. Und das mit den 5000 Jahren stimmt nicht, allerhöchstens 3000 bei den Veden (erste Arier in Indien).

    * Om Nama Shivay *

  3. 36. Nun...

    Sie müssen doch zugeben, dass hier bedeutendes positives Karma für die ganze Menschheit geschaffen wurde. Und das mit den 5000 Jahren stimmt nicht, allerhöchstens 3000 bei den Veden (erste Arier in Indien).

    * Om Nama Shivay *

  4. Tusch am 4. Juli 2012!!!

    http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/forscher-wollen-dunkle-materi...

    SPON ist halt immernoch "schneller als die Zeit", lol

  5. ...die Medien drehen sich um sich selbst und hyperventilieren. Wie immer also. Schön, dass sie dabei wissenschaftliche Themen für sich entdeckt haben, tragisch nur, dass das die Wissenschaft offenbar unter Druck zu setzen vermag...

    • PGMN
    • 04. Juli 2012 19:29 Uhr

    ... denn zwar ist der Beweis nicht erbracht, aber annähernd ist er das schon.

  6. Die selbst auferlegte Signifikanz-Schwelle ist sicher gut begründet. Aber eben auch selbst auferlegt und damit willkürlich.

    Der Punkt ist, dass die Menschheit, wie schon Heisenberg erfahren musste, die Grenzen der experimentellen Überprüfbarkeit ihrer Hypothesen zur Erklärung der Welt erreicht hat.

Bitte melden Sie sich an, um zu kommentieren

Service