Zehn Jahre seit Higgs Boson. Was kommt als nächstes? | Wissenschaft | Ausführliche Berichterstattung über Wissenschaft und Technik | DW

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Eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen unserer Zeit wurde vor einem Jahrzehnt bekannt gegeben, als Teilchenphysiker das Higgs-Boson entdeckten – ein flüchtiges, schwer fassbares subatomares Teilchen, das dazu beigetragen hat, viele wichtige Fragen in der Wissenschaft zu erklären, einschließlich der Frage, wie grundlegende Teilchen zu ihrer Masse kommen.

Das Higgs-Boson wurde von Forschern entdeckt, die am Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Teilchenphysiklabors CERN arbeiten. Der LHC ist eine der größten und teuersten wissenschaftlichen Einrichtungen der Welt und wird am 5. Juli nach dreijähriger Wartung wieder hochgefahren. Sie läuft fast vier Jahre lang rund um die Uhr.

Diesmal wird der Collider eine beispiellose Energie von 13,6 Teraelektronenvolt (TeV) verwenden, um Protonenstrahlen für Experimente zu beschleunigen und zu kollidieren. Dies wird die dritte von fünf Datensonden sein, die durch den Collider ermöglicht werden. Die ersten beiden Läufe verwendeten Energien von 6,5 bzw. 13 TeV, um Kollisionen zu erzeugen.

Rund 3.000 wissenschaftliche Arbeiten wurden mit den Daten veröffentlicht, die in den ersten beiden Durchläufen des Experiments gewonnen wurden. Wissenschaftler erwarten ähnliche Ergebnisse von diesem Lauf.

Aber zuerst: Was ist das Higgs-Boson?

Die Entdeckung des Higgs-Teilchens – entdeckt im Jahr 2012, fast fünf Jahrzehnte nach seiner ersten Vorhersage – führte zu einer Reihe wissenschaftlicher Entdeckungen, darunter das fertige Standardmodell der Teilchenphysik. Dies ist die detaillierteste Beschreibung der subatomaren Welt, die Elektronen, Protonen, Bosonen und Quarks umfasst.

„Das Higgs-Boson ist ein sehr feines Mikroskop, um nicht nur die Natur zu verstehen, sondern auch, wie die Hochenergiephysik funktioniert“, sagte Fabiola Gianotti, Generaldirektorin des CERN.

Das Higgs-Boson war so schwer zu finden, dass es ursprünglich vom Nobelpreisträger Leon Lederman, der 1993 ein populäres Buch über das Higgs-Boson veröffentlichte, als „Goddamn Particle“ bezeichnet wurde. Der Spitzname wurde später in „God Particle“ geändert negatives Feedback von religiösen Institutionen.

Werden wir neue subatomare Teilchen finden?

Als diese Frage den CERN-Wissenschaftlern kürzlich auf einer Pressekonferenz gestellt wurde, antwortete Gian Guidice, der Leiter der Abteilung für Theoretische Physik des CERN, mit seiner eigenen: „Wenn Sie Charles Darwin von seiner Galapagos-Reise zurückkommen sehen, würden Sie ihn fragen, wie viele neue Vögel hast du gesehen? Oder fragen Sie: Was verstehen Sie besser über die Logik der Evolution? Ich würde sagen, die zweite Frage ist interessanter“, sagte er.

Guidice sagte, der LHC sollte als ein Werkzeug betrachtet werden, das verwendet werden kann, um unser Verständnis der Entwicklung des Universums zu erweitern, und nicht als eine Maschine, die einfach neue Teilchen erzeugt.

Er sagte, dass CERN mehr daran interessiert sei, neue wissenschaftliche Prinzipien aufzudecken, als „blind hinter der Entdeckung des Phänomens herzulaufen“.

Präzisierung unseres Wissens

Der dritte Lauf des LHC zielt darauf ab, unser Wissen über grundlegende wissenschaftliche Prinzipien zu verbessern. Die Teilchenphysik hat sich in den letzten zehn Jahren seit der Entdeckung des Higgs-Bosons mehr verändert als in den 30 Jahren davor, sagte Guidice.

„Die Entdeckung eines neuen Teilchens ist bedeutsam, aber es ist Teil des allmählichen Erkenntnisprozesses. Zu verstehen, warum sich das Higgs-Boson so verhält, wie es sich verhält, ist der wichtigere Teil des Prozesses“, sagte er und fügte hinzu, dass der bevorstehende Lauf dies tun könnte helfen, genau das zu tun.

Ein besseres Verständnis des Higgs-Bosons könnte sogar dabei helfen, Licht ins Dunkel der Entstehung unseres Universums zu bringen. Die Expedition wird die beispiellos genaue Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma (QGP) ermöglichen – einem Zustand der Materie, der in den ersten 10 Mikrosekunden nach dem Urknall existierte.

Das Higgs-Boson-Teilchen hilft, das Standardmodell der Physik zu erklären.

„Ignorierte“ Daten

Luca Malgeri, ein Sprecher des Compact Muon Solenoid (CMS)-Experiments, sagte, der bevorstehende Lauf werde es den Forschern ermöglichen, ihre Statistiken zu Higgs und anderen verwandten Projekten zu „verdoppeln“. frühere Läufe, weil es zu klein war, um es zu erkennen oder genau zu messen, sagte er.

So sollen im dritten Durchgang „Myonen“ untersucht werden – Elementarteilchen ähnlich dem Elektron, aber mit viel größerer Masse.

Der CERN-Theoretiker Michelangelo Mangano sagte, dass Wissenschaftler diese Daten möglicherweise verwenden könnten, um „zum ersten Mal zu bestätigen“, dass Myonen auch Masse durch den Higgs-Mechanismus erhalten.

Malgeri sagte, er glaube, dass die Forscher während des dritten Durchlaufs eine Schwelle erreichen könnten, wie genau die Daten werden können.

„Hier erwarten wir Diskrepanzen in unserem bestehenden Verständnis unserer Theorien über das Verhalten von Higgs Boson“, sagte er.

Andere mögliche Entdeckungen

Auch das Wissen der Forscher über dunkle Materie dürfte sich mit dem dritten Durchlauf verbessern. Während es gemischte Meinungen über die Fähigkeit des Colliders gibt, dunkle Materie zu entdecken, glauben einige Wissenschaftler, dass die Untersuchung des Zerfalls des Higgs-Bosons sie dazu führen könnte.

Der Start von LHC Run 3 wird am 5. Juli ab 16:00 Uhr (MESZ) live auf den Social-Media-Kanälen des CERN und über eine hochqualitative Eurovision-Satellitenverbindung übertragen.

Bearbeitet von: Clare Roth