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Higgs – auf der Suche nach dem Ursprung der Masse

Higgs – auf der Suche nach dem Ursprung der Masse

Woher kommt die Masse der Elementarteilchen? Teilchenphysiker beschäftigt diese Frage schon seit geraumer Zeit, denn die Masse spielt im Universum eine zentrale Rolle. Es ist bisher nicht genau geklärt, über welchen Mechanismus die Elementarteilchen, aus denen die Materie besteht, ihre Masse erhalten. Als Verursacher haben die Physiker ein überall im Universum vorhandenes Medium in Verdacht, durch das sich alles hindurchbewegt: das Higgs-Feld. Zu diesem Feld gehört ein Teilchen – das Higgs-Teilchen – das sich mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern wie dem LHC nachweisen lässt. Im Juli 2012 verkündeten Wissenschaftler der zwei großen LHC-Experimente ATLAS und CMS, dass sie ein Teilchen entdeckt haben, auf das die Beschreibung passt.

Materie besteht aus Teilchen

Eine Party! Es wimmelt von Menschen. Ein Star tritt durch die Tür, die Partybesucher stürzen sich auf ihn. Er schafft es nur mit Mühe, den Raum zu durchqueren. Die Partybesucher stehen für das Higgs-Feld des Standardmodells. Der Star wird langsamer, als erhielte er aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld eine Masse.


Alles Sichtbare – Menschen eingenommen – besteht aus drei verschiedenen Teilchen: Up-Quarks, Down-Quarks und Elektronen. All diese Teilchen haben eine Masse. Interessanterweise ist die Teilchenmasse kein primärer Bestandteil des Standardmodells, ganz im Gegenteil: Es beruht sogar auf masselosen Teilchen. Aber ohne die Masse würden alle Teilchen auseinanderfliegen, und nichts wäre so, wie wir es kennen.

Um zu erklären, warum doch alles so ist, wie wir es kennen, hat der theoretische Physiker Peter Higgs aus Schottland eine These aufgestellt. Laut seiner Theorie ist das Universum mit einer Art "Quantensirup" gefüllt, dem Higgs-Feld. Dieser Quantensirup bremst die durch ihn fliegenden Teilchen, er zieht praktisch an ihnen. Dadurch gewinnen sie an Masse. Je stärker ein Teilchen auf das Higgsfeld reagiert, umso mehr Masse hat es, und umso leichter kann es wiederum das Higgsfeld in Schwingungen versetzen. Diese "Wirbel im Quantensirup" äußern sich physikalisch in der Erzeugung von Higgs-Teilchen, nach denen man seit mehr als 40 Jahren sucht. Ihre Entdeckung wäre der Beweis der Existenz des Higgs-Feldes.

Zusammenhang mit dem Standardmodell

Der schottische Physiker Peter Higgs
besucht den CMS-Detektor (April 2008).
Foto: CERN

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist überaus erfolgreich: Seit seiner Einführung ist es an allen Teilchenbeschleunigern der Welt aufs Äußerste getestet worden. Das Ergebnis: Es beschreibt die Bestandteile der Materie und ihre Wechselwirkungen, also die Kräfte, die zwischen ihnen wirken, hervorragend. Allerdings ist die Theorie der Teilchenphysik, das Standardmodell, nur zusammen mit dem Higgs-Teilchen mathematisch konsistent.






Beobachtung eines neuen Teilchens am LHC – Hinweise auf Higgs-Teilchen verstärken sich

Am 4. Juli 2012 gaben Wissenschaftler am CERN die Entdeckung eines neuen Teilchens bei etwa 126 Gigaelektronenvolt bekannt. Inzwischen konnten sie bestätigen, dass es sich bei dem entdeckten Teilchen um das im Standardmodell vorhergesagte Higgs-Teilchen handelt. Jetzt wollen sie seine Eigenschaften detailliert untersuchen.

Simulation eines Higgs-Teilchens, das in
vier Myonen zerfällt, am ATLAS-Detektor.
Grafik: CERN


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Hintergrundinformationen
Weitere Informationen zum Higgs
zum Thema: "Die Welt des Allerkleinsten" auf www.weltderphysik.de