Für Experten: Higgs Teilchen
Das Problem mit der Masse
In den 60er Jahren standen die Forschenden in der Teilchenphysik vor einem Problem: das frühe Standardmodell konnte die Masse der Elementarteilchen nicht erklären. Aber ohne Masse können die Elektronen nicht in Atomen gebunden werden und während die Kraftteilchen der elektromagnetischen und starken Wechselwirkung zwar masselos sind, haben die Kraftteilchen der schwachen Wechselwirkung eine sehr grosse Masse. Deshalb hat diese Wechselwirkung auch nur eine sehr kurze Reichweite.
Einige Theoretiker - darunter Brout, Englert und Higgs - schlugen deshalb eine Erweiterung des theoretischen Modells vor. Sie führten ein neues, das gesamte Universum durchdringendes Feld ein, das sogenannte Higgs-Feld. Teilchen bekommen ihre Masse, indem sie mit diesem Higgs-Feld wechselwirken: je stärker die Wechselwirkung, desto grösser die Masse des Teilchens.
Mit dem Higgs Feld ist auch ein neues Teilchen verbunden, das Higgs-Teilchen, nach dem seit den 60er Jahren gesucht wurde. Das Higgs-Teilchen entsteht, wenn sich schwere Teilchen wie Top-Quarks, W- oder Z-Teilchen mit hoher Energie durch das Higgs-Feld bewegen.
Messung von CMS, die die Stärke der Kopplung des Higgs-Teilchens an Elementarteilchen zeigt. Die y-Achse zeigt die Stärke der Wechselwirkung, die x-Achse die Masse der Teilchen
(Bild: https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMSPublic/PhysicsResultsHIG).
Nachweis des Higgs Teilchens
2012 konnte das Higgs-Teilchen an den beiden LHC Experimenten ATLAS und CMS nachgewiesen werden und damit die Hypothese der Theoretiker, wie Elementarteilchen ihre Masse bekommen, bestätigen. Da das Teilchen sehr schwer ist (125 Gigaelektronenvolt) und schnell zerfällt (in etwa 10-22 s), ist es schwierig nachzuweisen. Die Eigenschaften des neuen Teilchens wurden in den letzten 10 Jahren immer präziser vermessen und stimmen bis heute sehr gut mit den Erwartungen überein. Für die theoretische Vorhersage des Higgs Bosons bekamen Peter Higgs und François Englert im Jahr 2013 den Nobelpreis für Physik.
Ein Kandidat eines Higgs-Bosons vom CMS Experiment, das sich in zwei Photonen verwandelt; die beiden grossen grünen Türme zeigen die Energie der Photonen (Bild: Thomas McCauley, CMS/CERN)