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28.03.2011

Warum kommt das Higgs-Teilchen nicht als Kandidat für dunkle Materie in Betracht?

Antwort

Für die Dunkle Materie kommen Teilchen in Betracht, die folgende Eigenschaften haben:
1) keine elektrische und keine starke Ladung, da sie sonst schon längst mit Himmelskörpern reagiert hätten (und mit den Detektoren der Teilchenphysiker)
2) stabil, oder mit einer sehr langen Lebensdauer von der Größenordnung des Alter des Universums (14 Milliarden Jahre) damit noch genügend viele davon vorhanden sind.
3) Je nach Ihrer Häufigkeit genügend Masse, um 23% der Masse des Universums zu erklären.

Das Higgs-Teilchen erfüllt (1) und hat auch eine beträchtliche Masse (mindestens 115 Gigaelektronenvolt, das heißt mindestens 122 Mal so schwer wie ein Proton)
leider aber nicht (2). Da es instabil ist – je nach Masse lebt es nur 10^-22 bis 10^-27 Sekunden, also ein Milliardstel von einem Milliardstel von einer Milliardstel Sekunde – sind leider keinerlei Higgs-Teilchen aus den Anfängen des Universums übrig.

Nicht zu verwechseln mit den Higgs-Teilchen ist das Higgsfeld, das man sich als Medium überall im Universum vorstellt. Dies trägt nicht zur Masse des Weltalls und damit zur Dunklen Materie bei. Es ist – physikalisch gesprochen – ein Teil des Vakuums. Vakuum ist also in der Quantenphysik durchaus etwas mehr als Nichts.

Die kurzlebigen Higgs-Teilchen sind lokale Anregungen des Higgsfeldes, in denen eine kurze Zeit lang Energie (also Masse) steckt, die dann aber sofort wieder zerfallen, etwa so wie Windhosen in der Luft.

Michael Kobel ist Professor für experimentelle Teilchenphysik; seit 2006 an der TU Dresden. Er forscht mit seiner Arbeitsgruppe mit dem ATLAS-Detektor am LHC, unter anderem zur Suche nach Higgs-Teilchen. Seit über 10 Jahren engagiert er sich für die verständliche und authentische Vermittlung der Erkenntnisse über Aufbau und Entstehung unseres Universums zum Beispiel in den internationalen Masterclasses "Hands on particle physics" und im bundesweiten Netzwerk Teilchenwelt.

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