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Aufbau der Materie

Das fehlende Puzzlestück:

Das Higgsboson

Alle grundlegenden Teilchen unserer gegenwärtigen Theorie sind entdeckt worden.....mit einer Ausnahme, dem sog. Higgs Teilchen.

Das Problem mit der Masse

Seine Existenz ist mit dem zentralen Problem der Teilchenphysik verknüpft, nämlich der Frage wodurch Teilchen ihre Masse erhalten. Auf den ersten Blick fällt auf, dass sich die Massen der Elementarteilchen um viele Größenordnungen unterscheiden. Die Neutrinos haben nach heutiger Kenntnis eine Masse von Bruchteilen eines eV, wohingegen das top Quark fast 200 Milliarden mal schwerer ist! Genauso gibt es enorme Unterschiede zwischen den Massen der Teilchen, durch deren Autausch die Kraftwirkungen vermittelt werden. Die sog. W und Z Teilchen (Träger der schwachen Wechselwirkung) sind fast 100 mal so massiv wie ein Proton. Das Photon (Träger der elektromagnetischen Kraft) ist dagegen masselos. Für diese enormen Unterschiede gibt es zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine Erklärung, denn alle Teilchenmassen sind freie Parameter des Standard Modells, können also nicht aus der Theorie berechnet werden. Dieses Rätsel wird auch durch den Higgs Mechanismus nicht gelöst, er erlaubt aber zumindest eine Beschreibung der Massen.

Der Higgs Mechanismus

Peter Higgs

Zu allem Überfluss enthält das Standard Modell nämlich in seiner ursprünglichen Form gar keine Massen, bzw. steht die Existenz massiver Teilchen sogar im Widerspruch zu ihm. Der sog. Higgs-Mechanismus löst dieses Problem. Entwickelt wurde diese Idee 1964 von dem schottischen Physiker Peter Higgs (Abb.).

Animation
Animation zum Higgs Mechanismus

Er ging davon aus, dass das Vakuum gar nicht leer ist, sondern mit einem Hintergrundfeld, einer Art zähen Flüssigkeit, gefüllt ist. Durch die Bewegung in diesem Feld werden die eigentlich masselosen Teilchen abgebremst, was in seiner Wirkung einer Masse entspricht. Weshalb einige Teilchen stärker abgebremst werden als Andere (sprich: Unterschiedliche Massen haben) ist in diesem Modell allerdings noch immer nicht erklärt.

Das Higgs Teilchen

Dieses Hintergrundfeld ist (wie alle Quantenfelder) mit einem Teilchen verknüpft, dem sog. Higgs Boson. Der Nachweis dieses Teilchens ist bislang jedoch nicht gelungen. Aus der erfolglosen Suche kann man lediglich schließen, dass es im Falle seiner Existenz schwerer als 114 GeV sein muss. Die Suche wird deshalb an Beschleunigern fortgesetzt, die bei höherer Energie betrieben werden. Die Wuppertaler Arbeitsgruppe ist an einem dieser Experimente beteiligt, dem D0 Detektor bei Chicago. Wenn es auch dort nicht gefunden wird, ruht die letzte Hoffnung auf den Experimenten am LHC (Large Hadron Collider) in Genf, die in fünf Jahren beginnen werden. Auch hier ist die Wuppertaler Arbeitsgruppe beteiligt. Wenn das Higgs schließlich auch dort nicht gefunden wird ist das Standard Modell falsch!


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Letzte Änderung: Juli 16, 2004