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15.11.2012

Higgs-Fahndung geht weiter

Ein Higgs im CMS-Detektor. Die gestrichelten gelben Linien und die grünen Kegel zeigen jeweils ein Photon. So würde also ein Higgs-Zerfall in zwei Photonen aussehen.
Foto:CERN

Am 14. November haben die großen Teams der Detektoren ATLAS und CMS auf der HCP, der Hadron Collider Physics-Konferenz in Kyoto, Japan, ihre neuesten Ergebnisse zur Suche nach dem Higgs-Teilchen präsentiert.

Nachdem die LHC-Forscher am 4. Juli die Entdeckung eines neuen Teilchens präsentiert hatten – weltweit verfolgten 270.000 Menschen die Übertragung im Internet – war ihnen zu diesem Zeitpunkt nur klar, dass es sich um ein Boson handelt, und damit nicht um ein Materieteilchen. Genaueres, also ob es sich bei dem neuen Teilchen, um das lang gesuchte Higgs-Teilchen handelt, konnten die Wissenschaftler im Juli noch nicht sagen. Ähnlich ist das neue Teilchen dem Higgs allerdings schon, dessen ist man sich sicher.
Umso gespannter warteten nun viele auf Neuigkeiten von der HCP. Schließlich haben sich die Datenmengen, die der LHC aufgezeichnet hat seit dem Juli verdoppelt. Das Fazit vom Donnerstag zeigte dann aber keine Überraschungen – vielleicht auch, weil man noch nicht alle Daten in die jetzt vorgestellte Auswertung eingebunden hat.: Die gezeigten Ergebnisse bestätigten im Wesentlichen das, was die Wissenschaftler bereits im Juli gezeigt hatten: die Entdeckung eines neuen Teilchens mit Eigenschaften, die mit denen des vom Standardmodell vorhergesagten Higgs-Teilchens übereinstimmen.

Das Higgs-Teilchen, oder auch andere schwere Teilchen, die in den Kollisionen am LHC erzeugt werden, leben nur sehr kurz. Dann zerfallen sie in andere, leichtere Teilchen. Das Standardmodell sagt sehr genau voraus, wie so ein Higgs zerfallen kann, zum Beispiel in ein b-Quark und ein Anti-b-Quark. Oder in zwei Z-Teilchen oder zwei W-Teilchen, die dann weiter zerfallen. So zeigt sich im Detektor selbst nicht das Higgs, sondern nur seine Zerfallsprodukte. Um nun die Eigenschaften des neuen Teilchens genau zu bestimmen, untersuchen die Forscher jeden Zerfallskanal einzeln und fügen in einem nächsten Schritt die einzelnen Ergebnisse zusammen.

Vier Elektronen im ATLAS-Detektor. Dies könnte ein Higgs gewesen sein, dass in zwei Z-Teilchen zerfallen ist, die dann wiederum in Elektronen zerfallen sind.
Foto:CERN

Hier eine Übersicht, über das was die Wissenschaftler präsentierten.

Higgs zerfällt in zwei Z-Teilchen oder zwei W-Teilchen
Beide Kollaborationen haben auf der HCP eine aktualisierte Analyse zum Zerfall in zwei W-Teilchen gezeigt, CMS hat außerdem auch eine die Untersuchung zum Zerfall in zwei Z-Teilchen aktualisiert. Die gezeigten Ergebnisse bestätigen die Präsentation aus dem Juli. Nach diesen Ergebnissen handelt es sich bei dem Teilchen um das vom Standardmodell vorhergesagte Higgs.


Higgs zerfällt in ein Tau und ein Anti-Tau
Sowohl die ATLAS- als auch die CMS-Kollaboration haben hier neue Messungen vorgestellt. Doch bis jetzt reicht die genommene Datenmenge nicht aus, um eine Beobachtung des neuen Teilchens in diesem Kanal zu bestätigen. Dabei wäre gerade der Zerfall in ein Tau und ein Anti-Tau äußerst spannend, denn bisher ist noch nicht klar, ob das neu entdeckte Teilchen überhaupt an Leptonen koppelt.

Higgs zerfällt in ein b-Quark und ein Anti-b-Quark
Für das vom Standardmodell vorhergesagte Higgs-Teilchen ist dies der häufigste Zerfall. Allerdings ist er auch recht schwer im Detektor nachzuweisen, denn am LHC gibt es viele Prozesse, die ein b-Quark und ein Anti-b-Quark hervorbringen. Die Wissenschaftler haben aktualisierte Ergebnisse vorgestellt – doch ebenso wie bei dem Zerfall in Tau und Anti-Tau reicht auch hier die Datenmenge nicht, um eine Beobachtung bekannt zu geben.

Higgs zerfällt in zwei Photonen.
Auf der HCP haben weder ATLAS noch CMS Neuigkeiten zu diesem Zerfallskanal gezeigt.

Und nun?
Insgesamt zeichnet sich mit den jetzt präsentierten Ergebnissen nach wie vor das Bild, dass die Eigenschaften des neuen Teilchens mit denen des Higgs-Teilchens, wie es vom Standardmodell vorhergesagt wird, übereinstimmen. Doch ob es sich wirklich um dieses Teilchen handelt, ist noch offen. Dafür müssen die Wissenschaftler noch weitere Daten analysieren. Die Datenmenge, die in noch bis Weihnachten 2012 gesammelt werden wird, etwas 25 inverse Femtobarn, sollte den Wissenschaftlern aber auf jeden Fall noch die Möglichkeit geben, deutlich genauere Aussagen zur Natur des neuen Teilchens zu machen.

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