TeilchenphysikHappy Birthday, liebes Higgs!

Mit seiner Geburt machte es die Physiker-Welt fast vollkommen. Sie lieben es, auch wenn es oft nicht einfach ist. Eine Geburtstagsrede an das Higgs-Teilchen. von 

Diese Simulation zeigt den Aufprall von Teilchen, die der CMS-Detektor des Teilchenbeschleunigers LHC registrieren kann. Physiker wollen so auch Spuren des Higgs-Teilchens finden.

Diese Simulation zeigt den Aufprall von Teilchen, die der CMS-Detektor des Teilchenbeschleunigers LHC registrieren kann. Physiker haben mit dieser Methode Spuren des Higgs-Teilchens entdeckt.  |  © Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

Schau', da bist du ja, du kleiner Wonneproppen! Hallo Higgs-Teilchen. Alle reden mittlerweile von dir. Auf den Bildern aus der Computersimulation erkennt man sogar schon deine Lachgrübchen. Da stört es auch kaum, dass du ein ziemlich moppeliges Baby geworden bist. Herzlichen Glückwunsch: Heute wirst du eins.

Deine Geburt am 4. Juli 2012 war ein großes Spektakel. Eine halbe Ewigkeit, jahrzehntelang, hatten deine Eltern – alle Physiker – auf dich gewartet. Als du dann endlich im Teilchenbeschleuniger in Genf das Licht der Welt erblicktest, war der letzte fehlende Baustein des Weltbilds der Physik gefunden. Dieser Ruhm wird dich immer begleiten – auch wenn du einmal groß bist. Das kannst du dir jetzt noch gar nicht vorstellen… Nobelpreise werden sie deinetwegen gewinnen.

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Wie sich deine Eltern gefreut haben! Einer deiner Mitentdecker, der langjährige Projektleiter des Riesenbeschleunigers LHC, reckte sogar heroisch die Faust in die Luft, als du endlich da warst. Kein Wunder, denn deine Geburt war nicht ganz leicht. Aber du bist genauso geworden, wie dich deine Eltern geplant haben. Ein echtes Designer-Baby.

Darum heißt du Higgs

Angefangen hat alles 1964, als der schottische Physiker Peter Higgs einen guten Einfall hatte. Higgs wollte eine Frage beantworten: Warum haben die meisten Elementarteilchen eine Masse?

Heute kennen Physiker die Antwort: Jeder Fleck des Universums wird von einem unsichtbaren Energiefeld durchzogen. Klingt verrückt, ist aber so. Kurz nach dem Urknall trat es plötzlich in Erscheinung, glauben die Physiker, und seitdem bremst es die einst lichtschnellen Elementarteilchen. Die von diesem Higgs-Feld verliehene Trägheit macht etwa ein Prozent des Gewichts eines Atomkerns aus. Der Rest kommt von der Bindungsenergie der Atomkerne.

Anders geht es Photonen, den Teilchen des Lichts: Sie huschen einfach durch den modernen Äther hindurch und sind deswegen masselos. Dass einige Teilchen eine Masse haben, andere hingegen nicht, ist für Physiker ein grober Verstoß gegen die mathematische Ästhetik. Die Symmetrie wurde plötzlich "gebrochen", sagen sie. Ganz spontan, am Anbeginn aller Zeit.

Aber was für ein Naturprozess macht so etwas? Schon 1961 hatte der japanische Physiker Yoichiro Nambu eine Idee. Nambus Theorie sagte jedoch Myriaden masseloser Teilchen voraus, die eigentlich in der Sonne entstehen sollten. Peter Higgs fand schließlich einen Weg, Nambus Gedanken mathematisch so zu formulieren, dass diese unschönen "Goldstone-Bosonen" von den Gleichungen verschluckt werden.

Du stammst aus einem Genfer Brutkasten

Soviel zur Theorie. Aber bestimmt willst du, liebes Higgs, ganz genau wissen, wo du hergekommen bist.

Dass es solche wie dich überhaupt geben kann, darauf musste erst jemand kommen. Dein Daddy, Peter Higgs, ein kluger und sehr bescheidener Mann, der heute 84 Jahre alt ist, hatte zum Glück diesen Einfall. Vor ihm waren schon andere auf ähnliche Ideen gekommen. Aber dein Vater sagte als Einziger 1964 vorher, dass es dich geben soll: Ein massives Teilchen, das zum Higgs-Feld gehört, wie das Elektron zum elektrischen Feld. Dass er dafür, wenn er nur lange genug lebt, den Nobelpreis bekommt – da sind sich alle sicher. 

Der Mensch

Peter Higgs wurde 1929 in Nordengland geboren und lebt seit fast fünfzig Jahren in Edinburgh. Durch einen theoretischen Geniestreich wurde der Physiker weltbekannt. Danach war er lange Jahre abgetaucht. Jetzt gibt der Emeritus wieder Interviews – wenn er nicht gerade durch seine geliebten schottischen Highlands wandert.

... und seine Idee

Das Higgs-Teilchen und das Higgs-Feld sollen erklären, wie subatomare Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen. Diese Theorie gilt heute als Grundpfeiler der modernen Physik, ein experimenteller Nachweis fehlt allerdings seit vierzig Jahren. Gelingt er nun am Forschungszentrum Cern in Genf, ist Peter Higgs ein heißer Kandidat für den Nobelpreis.

Um solche wie dich auf der Erde zu erzeugen, muss man das Higgs-Feld an einer Stelle in Schwingung versetzen. Das geschieht in einer Art Teilchen-Brutkasten, dem 27 Kilometer langen Kreistunnel des Large Hadron Colliders unter Genf, wenn Protonen und Antiprotonen mit fast Lichtgeschwindigkeit ineinander rasen.   

Beim Aufbäumen des Äthers kommen dann die kleinen Higgse heraus. Aber nur in jeder billionsten Kollision gelingt das Kunststück – und nach einem winzigsten unvorstellbar kurzen Augenblick (0,00000000000000000001 Sekunden) sind sie bereits in andere Teilchen zerfallen. John Ellis, der ein bisschen so aussieht wie Gandalf aus Herr der Ringe, hatte schon in den siebziger Jahren vorhergesagt, wie man ein Photo von dir machen könnte.

Eigentlich solltest du ja Ende der neunziger Jahre in Amerika zur Welt kommen. In einem 87 Kilometer langen Ring sollten Protonen und Anti-Protonen mit der dreifachen Energie des LHC kollidieren. Geplant in den achtziger Jahren wurde der Superconducting Super Collider 1993 jedoch wegen Geldsorgen aufgegeben. Der größte fertig gebaute Teilchenbeschleuniger auf US-Boden, der Tevatron am Fermilab bei Chicago, konnte bis zum Schluss nicht zweifelsfrei sagen, ob es dich überhaupt gibt.

Du bist schon etwas dick

Auch am Cern suchte man Jahrzehnte lang vergeblich nach dir. Das Problem: Aus der Theorie konnte niemand ableiten, wie schwer du sein würdest. Letztendlich hast du dich in der letzten Lücke versteckt, die frühere Teilchenbeschleuniger noch offengelassen hatten: bei einer Masse von 133 Wasserstoffkernen. Verglichen mit anderen bekannten Elementarteilchen ist das ziemlich viel.

Und damit du nicht scheibchenweise auf einer Fachkonferenz in Melbourne das Licht der Öffentlichkeit erblicken musstest, veranstaltete das Cern ein großes Seminar, zu dem auch Peter Higgs erschien. Zwei Wochen zuvor sah es noch so aus, als würden die gesammelten Daten nicht reichen, um dich auf die Welt zu holen. So beschreibt es der britische Wissenschaftsautor Ian Sample in seinem Buch Massive

Am Morgen des 4. Juli waren Physiker in vielen Hörsälen rund um den Globus dann via Live-Viewing dabei, als Cern-Direktor Rolf-Dieter Heuer die erlösenden Worte sagte. Für Laien gelte das Higgs als gefunden. 

Leserkommentare
  1. >> auch wenn du einmal groß bist <<

    ... wie groß werden die denn? Ich möchte keins davon an den Kopf kriegen :-)

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    • bvdl
    • 04. Juli 2013 15:57 Uhr

    Also das Higgs Boson wurde nicht gefunden. Ich bin immer wieder ueberrascht, wie blauaeugig und physikalisch naiv argumentiert wird. Das Higgs Boson waere genau dann gefunden, wenn es die Eigenschaften aufweisen wuerde, die man ihm zuspricht. Und davon kann nun wirklich keine Rede sein. Was - womoeglich womoeglich - gefunden wurde, ist ein Teilchen. Welche Eigenschaften dieses teilchen hat - niemand weiss es.

    es gibt, und hier wird die Physik dann manipulativ - nur einen Grund, warum die Presse und die Oeffentlichkeit in die Irre gefuehrt werden: man moechte den neuen Linearbeschleuniger rechtfertigen. Im Grunde ist das Higgs Boson ein PR Coup, eine Art Verkaufsunterstuetzung fuer den neuen Beschleuniger.

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    Zunaechst mal wurde am 4. Juli nicht die Entdeckung des Higgs Teilchens bekannt gegeben sondern lediglich die Entdeckung eines Teilchens mit einer Masse welche konsistent mit der eines Standardmodell Higgs ist.
    Es ist nun sogar so, dass gerade dies eher den Bau von ILC rechtfertigt als eine eindeutige Entdeckung des Higgs.

    • Jubufi
    • 04. Juli 2013 17:44 Uhr
    3. @ bvdl

    Ich danke Ihnen für Ihren Kommentar. Es ist schön zu sehen, dass nicht alle dem Higgsfieber erlegen sind.
    Es wird sich erweisen, dass es kein einzelnes Teilchen ist, dass die Masse erzeugt. Die heute vertretene Auffassung zur kosmischen Inflation ist nicht korrekt genug. Die Entwicklungsprozesse um die Entstehung von Raum, Zeit und Materie verlaufen anders als bisher angenommen und erklären auch die Masse. Die Erkenntnisse aus Experimenten - zu denen man in den nächsten Jahren Cern gelangen wird - werden das bestätigen.

    2 Leserempfehlungen
  2. Zunaechst mal wurde am 4. Juli nicht die Entdeckung des Higgs Teilchens bekannt gegeben sondern lediglich die Entdeckung eines Teilchens mit einer Masse welche konsistent mit der eines Standardmodell Higgs ist.
    Es ist nun sogar so, dass gerade dies eher den Bau von ILC rechtfertigt als eine eindeutige Entdeckung des Higgs.

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    • bvdl
    • 04. Juli 2013 20:27 Uhr

    Aber sicher behaupten das die Physiker. Und das tun sie, wie bereits gesagt, ganz bewusst, um sich das Interesse an dem Linearbeschleuniger zu erkaufen. Das finde ich schmutzige Wissenschaft.

    Die optimistischte Aussage die das CERN je gmacht hat ist "New results indicate that particle discovered at CERN is a Higgs boson" vom 14. Maerz 2013 http://press.web.cern.ch/...
    Es ist natuerlich so, dass danch in der Presse das dann evtl als Entdeckung dargestellt werden koennte. Ich bin mir sicher, dass keine offizielle Presseerklaerung oder wissenschaftliche Veroeffentlichung von CERN, Atlas oder CMS die Aussage Higgs-Boson wurde entdeckt beinhaltet.

    Um die genauen Ziele von ILC zu studieren empfehle ich Kapitel 2 des am 12. Juni veroeffentlichten Technical Design Report http://www.linearcollider.... Fuer Eilige gibt Table 2.1 einen schnellen Ueberblick.

    • Rend
    • 04. Juli 2013 18:28 Uhr

    Falscher Ausdruck, oder? Ich meine, ist das Higgs-Teilchen nicht längst "tot"? Also mehr oder weniger, man findet nur Spuren.
    Das war doch das Teilchen, was das Higgs-Feld bzw. den Higgs-Mechanismus erzeugt hat, und alle Materie im Universum ist durch dieses Feld und hat so ihre Masse erhalten... mehr oder weniger grob umrissen, wenn ich es richtig verstanden habe. Und dieser Mechanismus hat einmal stattgefunden, beim Big Bang, und seitdem findet man davon nur noch Spuren.

    Falls ich da etwas falls verstanden habe, bitte korrigieren. Vielleicht mixe ich da auch gerade verschiedene Sachen aus Astronomie und Astrophysik miteinander

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    Tot ist es nicht (es erfüllt den Raum) aber eben auch nicht letztes Jahr geboren. Sondern eher 'zehn hoch minus irgendwas' Sekunden nach dem Urknall.
    Der Versuch, den Leuten Physik näher zu bringen in allen Ehren aber so wie der Artikel geschrieben ist, kann ich mir das einfach nicht komplett durchlesen. Und die Aussage "Als du dann endlich im Teilchenbeschleuniger in Genf das Licht der Welt erblicktest, war der letzte fehlende Baustein des Weltbilds der Physik gefunden." ist doch arg hoch gegriffen...es fehlt noch Einiges um das Weltbild zu vervollkommnen. Vielleicht sollte man eher vom 'momentanen "verstandenen" Weltbild' sprechen.

    • bvdl
    • 04. Juli 2013 20:27 Uhr

    Aber sicher behaupten das die Physiker. Und das tun sie, wie bereits gesagt, ganz bewusst, um sich das Interesse an dem Linearbeschleuniger zu erkaufen. Das finde ich schmutzige Wissenschaft.

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    • ptk
    • 04. Juli 2013 21:06 Uhr

    Würde es sich bei dem vor einem Jahr entdeckten skalaren Boson nicht um das Higgs-Boson handeln, würde gerade das für einen neuen Beschleuniger sprechen, da das Tor zur Physik jenseits des Standardmodells aufgestoßen wäre. Außer dem Higgs-Boson, kennt das Standardmodell nämlich kein skalares Boson.

    Die momentane Situation in der zwar das Higgs-Boson (sehr, sehr wahrscheinlich) entdeckt wurde, andere interessante Funde, die auf Physik jenseits des Standardmodells schließen lassen, aber ausbleiben, ist die denkbar schlechteste um für den Bau eines neuen Beschleunigers zu werben. Physiker tun es natürlich (berechtigterweise) trotzdem. Der Vorwurf, dass man die Entdeckung des Higgs vorgetäuscht hat, ergibt schlicht keinen Sinn.

    • ptk
    • 04. Juli 2013 21:06 Uhr

    Würde es sich bei dem vor einem Jahr entdeckten skalaren Boson nicht um das Higgs-Boson handeln, würde gerade das für einen neuen Beschleuniger sprechen, da das Tor zur Physik jenseits des Standardmodells aufgestoßen wäre. Außer dem Higgs-Boson, kennt das Standardmodell nämlich kein skalares Boson.

    Die momentane Situation in der zwar das Higgs-Boson (sehr, sehr wahrscheinlich) entdeckt wurde, andere interessante Funde, die auf Physik jenseits des Standardmodells schließen lassen, aber ausbleiben, ist die denkbar schlechteste um für den Bau eines neuen Beschleunigers zu werben. Physiker tun es natürlich (berechtigterweise) trotzdem. Der Vorwurf, dass man die Entdeckung des Higgs vorgetäuscht hat, ergibt schlicht keinen Sinn.

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    Haben die nicht sogar ein Higgs-Triplett bei der fraglichen Energie gefunden? Die Signifikanz war da ziemlich hoch vor einem halben Jahr :-/

    Fakt ist, es ist wichtig mit dem Teilchenbeschleuniger LHC in der Presse zu bleiben um die Unsummen an Forschungsmitteln politisch durchzuboxen.

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