Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Higgs-Boson verhält sich wie theoretisch vorhergesagt

26.06.2018

Das Higgs-Boson interagiert mit Materie-Teilchen genauso, wie es die Theorie vorhersagt. Das zeigen zwei aktuelle Studien unter maßgeblicher Beteiligung der Universität Bonn. Die Ergebnisse sind auch eine Bestätigung für den vorgeschlagenen Mechanismus, der Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Sie erscheinen in Kürze in den Zeitschriften Physics Letters B beziehungsweise Physical Review D, sind aber bereits online abrufbar.

Die Existenz des Higgs-Bosons wurde bereits 1964 von dem britischen Wissenschaftler Peter Higgs postuliert. Seitdem ist es gewissermaßen zur Fahndung ausgeschrieben. Es dauerte aber bis zum Jahr 2012, bis am Europäischen Teilchenphysiklabor CERN bei Genf in der Schweiz erstmals ein Teilchen nachgewiesen wurde, das genau zu diesem Steckbrief passte.


Privatdozent Dr. Markus Cristinziani vom Physikalischen Institut der Universität Bonn.

© Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn


An den Messungen haben auch fünf Doktoranden der Universität Bonn mitgewirkt: David Hohn, Andrea Sciandra, Lara Schildgen, Tobias Klingl und Michael Hübner (von links).

© Foto: P. Bechtle

Noch nicht endgültig geklärt ist aber die Frage, ob das Higgs-Boson tatsächlich die Eigenschaften aufweist, die es laut Standardmodell haben müsste. Dazu zählt etwa die Annahme, dass es mit anderen Teilchen auf eine charakteristische Weise wechselwirkt. „Wir haben nun belegt, dass diese These zumindest für bestimmte Teilchen zutrifft – nämlich die Tau-Leptonen und die Top-Quarks“, erklärt Dr. Markus Cristinziani, Privatdozent am Physikalischen Institut der Universität Bonn.

Wirbel im Sirup

Higgs-Bosonen sind Anregungen des so genannten Higgs-Feldes. Dieses Feld ist ubiquitär; es durchzieht das gesamte Universum. Dabei wirkt es etwa wie eine Art zäher Sirup, der die Teilchen, die durch ihn fliegen, abbremst. Je stärker er an ihnen „zieht“, desto mehr Masse verleiht er ihnen. Gleichzeitig wird der Higgs-Sirup durch die hindurchwandernden Teilchen aufgewirbelt. Je schwerer die Teilchen, desto stärker ist diese so genannte Yukawa-Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld.

Diese Wechselwirkung wurde nun von den Wissenschaftlern erstmals direkt beobachtet. Dahinter stand folgende Überlegung: Wenn es stimmt, dass zum Beispiel ein Elektron bei seiner Reise durch das Higgs-Feld durch die Yukawa-Wechselwirkung Masse erhält, dann sollten umgekehrt beim Zerfall des Higgs-Bosons auch massive Elektronen entstehen können. Und: Je schwerer das Teilchen, desto häufiger sollte der entsprechende Zerfall sein.

Am LHC-Beschleuniger des CERN lässt man Atomkerne mit einem irrsinnigen Tempo aufeinander rasen. Bei diesen Crashs entstehen neue Teilchen – darunter in sehr seltenen Fällen auch Higgs-Bosonen. „Wir haben uns nun angesehen, was danach passiert“, erklärt Dr. Peter Wagner vom Physikalischen Institut. „Dabei konnten wir mit dem ATLAS-Detektor nachweisen, dass das Higgs hin und wieder in zwei so genannte Tau-Leptonen zerfällt – das sind vereinfacht gesagt besonders schwere Elektronen.“

Diese Zerfallsereignisse waren – im Rahmen der Messgenauigkeit – exakt so häufig, wie es von der Theorie vorhergesagt wird. „Dass es sich dabei um einen Zufall handelt, ist extrem unwahrscheinlich“, betont Wagners Kollege Dr. Christian Grefe. „Wir sind uns daher sicher, dass wir damit tatsächlich die Yukawa-Wechselwirkung beobachtet haben.“

Untersuchungen gehen weiter

Beim Top-Quark lag die Sache etwas komplizierter: Es ist schwerer als das Higgs-Boson, kann also nicht durch Zerfall aus ihm entstehen. Allerdings werden beim Teilchen-Crash hin und wieder gleichzeitig ein Higgs und zwei Top-Quarks erzeugt – auch das eine Folge der Yukawa-Wechselwirkung. „Wir haben diese Ereignisse nachweisen können und auch in diesem Fall genau die postulierte Häufigkeit beobachtet“, erläutert Markus Cristinziani.

Beide Beobachtungen stützen eindrucksvoll die Standardtheorie der Elementarteilchenphysik. Allerdings ist damit noch nicht nachgewiesen, dass sich das Higgs-Boson an manchen Punkten nicht doch anders verhält als prognostiziert. „Bis das Higgs vollständig untersucht ist“, betont Cristinziani, „wird es wohl noch ein bis zwei Jahrzehnte dauern.“

Publikationen:

[1] Cross-section measurements of the Higgs boson decaying to a pair of tau leptons in proton–proton collisions at √s = 13 TeV with the ATLAS detector, Vorabveröffentlichung, ATLAS-CONF-2018-021, http://cdsweb.cern.ch/record/2621794

[2] Observation of Higgs boson production in association with a top quark pair at the LHC with the ATLAS detector, Preprint http://arxiv.org/abs/1806.00425

Kontakt:

Privatdozent Dr. Markus Cristinziani
Physikalisches Institut der Universität Bonn
Tel.: +41 (0)22-76-78123 (CERN) oder mobil +49 (0)157-85534165
E-Mail: cristinz@uni-bonn.de

Dr. Peter Wagner
E-Mail: wagner@physik.uni-bonn.de

Dr. Christian Grefe
E-Mail: grefe@physik.uni-bonn.de

Privatdozent Dr. Philip Bechtle
E-Mail: bechtle@physik.uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik
20.07.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics