Ist das Higgs-Teilchen nun schon entdeckt worden oder nicht?

    This site uses cookies. By continuing to browse this site, you are agreeing to our Cookie Policy.

    • Ist das Higgs-Teilchen nun schon entdeckt worden oder nicht?

      Diese Frage wartet noch auf eine Antwort.

      Man könnte z.B. folgende Aspekte berücksichtigen:
      - Woran könnte man das Higgs-Teilchen erkennen?
      - Wie wahrscheinlich ist es (theoretisch), dass das Higgs-Teilchen bei einem Zerfall entsteht?
      - Wie lange muss man also messen, bis man sicher sein kann, ob es existiert oder nicht?
      - Bestimmte Massen sind für das Higgs-Teilchen schon ausgeschlossen worden...?

      ...Wenn der Text dann zu lang wird, machen wir eine zweite Frage auf *g*

      -----------------------
      Möchtest du selbst eine Antwort schreiben? Dann nichts wie los!
      Sie muss nicht perfekt sein - nur ausbaufähig
      :)

      Das Ziel: Kurze (ca. 5-30 Zeilen), für Laien verständliche, fachlich korrekte Antworten, jeweils mit weiterführenden Linktipps.
      "Verständlich" heißt z.B.:
      - Einfacher Satzbau; Fremdwörter vermeiden oder gut erklären; Beispiele und Vergleiche einbauen.

      Mittelfristig soll die Antwortsammlung (nach Fakten- und Verständlichkeits-Checks) dann auf die Teilchenwelt-Homepage kommen.
    • Wie steht es mit dem Higgs-Boson?

      Entwurf

      Zunächst eine kurze Antwort:

      Im Jahr 2011 gab es erste Hinweise darauf, dass das Higgs-Boson existieren könnte, und dass es eine Masse um 125 GeV/c² haben könnte (Zum Vergleich: Protonen haben eine Masse von ca. 0,9 GeV/c²).
      Doch die Menge der Messungen reicht bisher nicht aus, um eine klare Aussage zu machen. Bis Ende 2012 sollten genug Messungen gesammelt werden, um zu klären, welche Masse das Higgs-Boson besitzt bzw. ob es überhaupt existiert.

      Nun etwas ausführlicher:
      Wie kommen Physiker eigentlich darauf, dass es das Higgs-Boson geben könnte, und wie wollen sie es nachweisen?

      Laut dem Standardmodell der Teilchenphysik dürften Teilchen eigentlich keine Masse haben. Nun sagt unsere Alltagserfahrung ja eindeutig etwas anderes! Um diesen Widerspruch aufzulösen, hat eine Gruppe von Physikern Ende der 1960er Jahre folgende Hypothese aufgestellt: Elementarteilchen besitzen „an sich“ keine Masse, sondern werden durch das so genannte Higgs-Feld abgebremst - so ähnlich, wie ein Mensch in Wasser langsamer vorwärtskommt als in Luft. Verschiedene Arten Teilchen werden durch das Higgs-Feld jeweils mehr oder weniger stark abgebremst und verhalten sich daher so, als hätten sie unterschiedliche Massen.

      Wenn es das Higgs-Feld gibt, dann muss es auch das so genannte Higgs-Boson geben – ein schweres Elementarteilchen, das man in Teilchenbeschleunigern erzeugen und nachweisen können müsste. Genau das versuchen Physiker seitdem, um die oben beschriebene Hypothese zu prüfen.

      Doch das Higgs-Boson ist schwierig zu erzeugen, da seine Masse sehr hoch sein muss - zwischen 114 und 1000 GeV/c². Der LHC ist der erste Teilchenbeschleuniger, der leistungsstark genug ist, um diesen gesamten Massenbereich nach dem Higgs-Boson zu durchsuchen.

      Warum braucht man so leistungsstarke Beschleuniger, um schwere Teilchen herzustellen? Das ist einfach erklärt: Je leistungsstärker der Beschleuniger, desto höhere Geschwindigkeiten erreichen die beschleunigten Teilchen. Bei der Kollision zweier Teilchen wandelt sich ein Teil der Bewegungsenergie in Masse um. Das geht, weil Masse eine Form von Energie ist, wie Einstein mit seiner Formel E=mc² ausdrückte. Je höher die erreichte Bewegungsenergie war, desto schwerere Teilchen können bei der Kollision entstehen. Welche Teilchen bei einer bestimmten Kollision entstehen, ist reiner Zufall – man kann nur Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Teilchenkombinationen angeben.

      Im LHC stoßen Protonen bei einer Bewegungsenergie von je 3,5 TeV zusammen – und das bis zu 600 Millionen mal pro Sekunde. Wenn das Higgs-Boson existiert, so entsteht es bei solchen Kollisionen nur schätzungsweise einmal pro 10 Milliarden Kollisionen.

      Unter günstigen Bedingungen könnte es also immerhin ein paarmal pro Sekunde entstehen.
      Doch das Problem dabei ist nun, ein Higgs-Ereignis aus Milliarden von anderen Ereignissen herauszufischen! Man kann Higgs-Bosonen nicht direkt nachweisen, denn sie „leben“ nicht lange genug, um in die Detektoren zu gelangen. Sie zerfallen sofort in bestimmte Teilchenkombinationen – und wenn man diese im Detektor entdeckt, kann man daraus schließen, welche Masse das ursprüngliche Teilchen hatte, und um was es sich wahrscheinlich handelte.

      Da nicht bekannt ist, welche Masse das Higgs-Boson hat, wissen Forscher nicht genau, in was es nun wirklich zerfällt. Also müssen sie nach vielen verschiedenen Teilchenkombinationen Ausschau halten.
      Zum Beispiel könnte das Higgs-Boson in zwei Z- oder W-Bosonen zerfallen , die dann ihrerseits wiederum zerfallen. Oder es könnte in ein Quark-Antiquark-Paar zerfallen, oder in Photonen, Leptonen usw.

      Allerdings können dieselben Teilchenkombinationen auch durch ganz andere, schon längst bekannte Prozesse entstehen – das sind sogenannte „Untergrund“-Ereignisse.
      Um Higgs-Ereignisse davon zu unterscheiden, muss man zunächst berechnen, wieviele Untergrund-Ereignisse man theoretisch erwartet, und das dann mit den Messungen vergleichen. Wenn sich die Messungen von der Theorie unterscheiden, könnte es sein, dass man etwas Neues entdeckt hat. Es könnte aber auch Zufall sein! Je mehr Messungen man sammelt, desto sicherer kann man sein, ob es sich wirklich um eine neue Entdeckung handelt.
      Die Sicherheit der Ergebnisse geben Forscher in „sigma“ an: 3 sigma bedeutet, dass ein Ergebnis mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,27% auf Zufall beruht. Aber erst bei 5 sigma, wenn die "Irrtumswahrscheinlichkeit" nur noch 0,000057% beträgt, sprechen Forscher wirklich von einer „Entdeckung“.

      Doch so weit ist es mit dem Higgs-Boson noch nicht. Im Moment erscheint eine Masse zwischen 120 und 140 GeV/c² wahrscheinlich. Falls das Higgs-Boson eine Masse von weniger als 120 GeV besitzen sollte, ist das ein Hinweis darauf, dass es außer den bekannten Elementarteilchen noch so genannte sypersymmetrische Teilchen geben müsste.
      Wenn es dagegen überhaupt kein Higgs-Boson geben sollte, muss das Standardmodell korrigiert werden. Eine Idee für diesen Fall wäre, dass Quarks gar keine Elementarteilchen sind, sondern dass sie wiederum aus kleineren Teilchen bestehen.

      Man darf also gespannt sein!

      Eine ausführlichere und verständliche Erklärung der neuen Forschungsergebnisse gibt es z.B. hier .

      The post was edited 1 time, last by mkuhar ().

    • Doch so weit ist es mit dem Higgs-Boson noch nicht. Im Moment erscheint eine Masse zwischen 120 und 140 GeV/c² wahrscheinlich.


      Bei meiner ersten Masterclass wurde mir eine Auswertung der ATLAS-Experimente gezeigt, bei der genau bei 125 GeV der Punkt aus der sonst konstanten Kurve herausfällt (er liegt über den Erwartungen. Man hat gesagt, die sei die Bestätigung für das Higgsteilchen.
      Stimmt das jetzt oder doch nicht so ganz??!! :S

      Kathrin
    • Es stimmt! Der zitierte Beitrag ("zwischen 120 und 140 GeV/c²") ist von 2011, da waren ATLAS und CMS noch voll mit der Datennahme beschäftigt. Und die ForscherInnen mit der Auswertung der Kollisionen. Im Juli 2012 war man dann sicher: Ein Higgs-Teilchen ist gefunden, und es hat eine Masse von 125,6 GeV. 2013 folgte dann der Physik-Nobelpreis für Peter Higgs und Francois Englert, die Jahrzehnte vorher bereits die Existenz dieses Teilchens postuliert hatten. Neuere Ergebnisse von 2015, für die mehr Daten ausgewertet wurden, lassen das Higgs ein wenig leichter erscheinen: Demnach beträgt seine Masse 125.09 ± 0.24 GeV.