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CERN
Higgs-Teilchen am LHC entdeckt?
von Stefan Deiters
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4. Juli 2012

In einem mit Spannung erwarteten Seminar am europäischen Teilchenlaboratorium CERN in Genf präsentierten Wissenschaftler heute Morgen die jüngsten Ergebnisse der Experimente ATLAS und CMS am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC). Mit beiden Experimenten wurden eindeutige Hinweise auf eine neues Elementarteilchen entdeckt. Ist es das seit langem gesuchte Higgs-Teilchen?

Higgs-Teilchen

Simulation des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im CMS-Experiment am Large Hadron Collider am CERN in Genf. Bild: CERN

"Wir sehen in unseren Daten eindeutige Hinweise auf ein neues Teilchen in einem Massenbereich von rund 126 GeV und dies mit einer statistischen Signifikanz von fünf Sigma", fasst Fabiola Gionotti, Sprecher des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) des CERN in Genf die Resultate zusammen. Bei einer solchen Signifikanz ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Resultat um ein zufälliges Ereignis handelt, kleiner als eins zu eine Million. "Die herausragende Leistung des LHC und von ATLAS sowie die großen Anstrengungen der vielen Beteiligten hat uns an diese so wichtige Stelle geführt. Wir brauchen aber noch etwas mehr Zeit, um die Resultate für eine Veröffentlichung vorzubereiten."

Auch mit CMS, einem zweiten LHC-Experiment, fanden sich Hinweise auf ein neues Teilchen: "Die Ergebnisse sind zwar noch vorläufig, aber das von uns entdeckte Fünf-Sigma-Signal bei ungefähr 125 GeV ist schon sehr dramatisch", so CMS-Sprecher Joe Incandela. "Das ist auf jeden Fall ein neues Teilchen. Wir wissen, dass es sich um ein Boson handeln muss und zwar um das massereichste, das je entdeckt wurde. Die Entdeckung dürfte weitreichende Folgen haben, weshalb wir sehr sorgfältig bei unseren Untersuchungen sein und alles gründlich überprüfen müssen."

Mit den Experimenten ATLAS und CMS am Large Hadron Collider (LHC) des CERN suchen die Wissenschaftler nicht nach dem Higgs-Teilchen selbst, sondern nach bestimmten Zerfallsprodukten dieses vermuteten und nur sehr kurzlebigen Partikels. Dazu analysieren die Forscher verschiedene mögliche Zerfallsketten, die entstehen, wenn Partikel in dem Beschleunigerring mit hoher Geschwindigkeit aufeinanderprallen.

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Das jetzt entdeckte Signal deutet auf ein bislang unbekanntes Teilchen in einem Massenbereich von 125 bis 126 GeV hin, also genau in dem Bereich, in dem das Higgs-Teilchen vermutet wird. In der Teilchenphysik wird die Masse von Elementarteilchen meist - entsprechend der berühmten Einsteinformel "Energie ist gleich Masse mal dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit" - als Energieäquivalent in Elektronenvolt (eV) bzw. in Giga-Elektronenvolt (eine Milliarde Elektronenvolt) angegeben.

"Es fällt schwer, nicht begeistert über diese Ergebnisse zu sein", meint auch Sergio Bertolucci, der Forschungsdirektor des CERN. "Wir haben letztes Jahr gesagt, dass wir 2012 entweder ein neues Higgs-ähnliches Teilchen finden, oder aber zeigen können, dass das Higgs-Teilchen aus dem Standardmodell nicht existiert."

Dieses Standardmodell beschreibt den fundamentalen Aufbau der Materie eigentlich sehr gut. Es gibt allerdings eine Ausnahme: Das Modell kann nicht erklären, warum die Elementarteilchen eine Masse haben. Um diese Lücke im Standardmodell zu schließen, entwickelten Wissenschaftler um den schottischen Physiker Peter Higgs 1964 einen Mechanismus, nach dem das Universum von einem sogenannten Higgs-Feld durchzogen ist. Man kann es sich wie eine Art Sirup vorstellen, der die Elementarteilchen abbremst und ihnen dadurch Masse verleiht. Die zu diesem Feld gehörenden Teilchen wären die gesuchten Higgs-Teilchen.

Die jetzt vorgestellten Ergebnisse werden von den Forschern noch als vorläufig bezeichnet. Sie basieren auf Daten von Teilchenkollisionen aus den Jahren 2011 und 2012, wobei die Analyse der Daten aus diesem Jahr noch nicht abgeschlossen ist. Zusätzliche, im Laufe des Jahres zur Verfügung stehende Daten sollten dann weitere Klarheit über die Bedeutung der heute vorgestellten Resultate bringen.

Die Wissenschaftler müssen nämlich jetzt herausfinden, was für ein Teilchen sie da eigentlich entdeckt haben. Es könnte sich tatsächlich um das lange gesuchte Higgs-Teilchen handeln. Dazu müssten seine Eigenschaften mit denen übereinstimmen, die man vom Higgs-Teilchen erwarten würde. Es könnte allerdings auch eine exotischere Variante des Higgs-Teilchens sein. Diese könnte den Forschern dann eventuell sogar Hinweise darauf liefern, um was es sich bei der mysteriösen Dunklen Materie und der Dunklen Energie eigentlich handelt.

"Wir haben einen Meilenstein erreicht", so Rolf Heuer, der Generaldirektor des CERN. "Die Entdeckung eines Partikels, bei dem es sich um das Higgs-Boson handeln könnte, bietet uns nun die Chance für detailliertere Untersuchungen. Dazu benötigt man eine bessere Statistik, mit der man die Eigenschaften des neuen Teilchen weiter eingrenzen kann. Dies wird sehr wahrscheinlich auch ein neues Licht auf andere Geheimnisse des Universums werfen."

Die heutige Entdeckung ist somit ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis des fundamentalen Aufbaus der Materie. Bis sich die Forscher aber sicher sind, ob sie es tatsächlich mit dem lange gesuchten Higgs-Teilchen zu tun haben oder mit etwas vielleicht noch Aufregenderem, dürfte noch einige Zeit vergehen. Es bleibt also spannend.

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siehe auch
CERN: Physiker kreisen Higgs-Teilchen ein - 13. Dezember 2011
Large Hadron Collider: Forscher freuen sich über erste Resultate - 3. März 2010
CERN: First Beam am Large Hadron Collider - 10. September 2008
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