Higgs-Boson: Das nicht mehr ganz so artige Teilchen

Zum "wissenschaftlichen Durchbruch des Jahres 2012" kürte das Fachmagazin "Science" Ende Dezember die Entdeckung des Higgs-Teilchens. Im Juli hatten Wissenschaftler des Europäischen Kernforschungszentrums Cern in Genf vermeldet, dass sie ein "Higgs-artiges" Teilchen entdeckt haben, also eines, dass sich so verhält, wie das seit Jahrzehnten gesuchte Higgs-Boson. Von einer Entdeckung des Higgs wollten die Forscher allerdings, anders als "Science", noch nicht sprechen. Die Datenmenge sei dafür noch zu gering.

Trotz dieser Vorsicht brachte das Vorpreschen den Cern-Forschern Kritik ein. Die statistische Sicherheit, ab der Physiker von einer Entdeckung sprechen, war noch nicht erreicht. Mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa eins zu 1,6 Millionen hätte es sich noch um einen Messfehler handeln können.

Nun legen die Cern-Forscher nach. Sie haben zweieinhalb Mal mehr Daten untersucht als im Juli, und die Ergebnisse zeigen, dass sie wohl auf der richtigen Spur sind: "Das neue Teilchen sehe mehr und mehr aus wie ein Higgs-Boson", schreibt das Cern in einer Pressemitteilung.

Eigenschaften genau vermessen

Der Fund des Higgs-Teilchens ist für die Physik so bedeutend, da es der letzte fehlende Baustein im sogenannten Standardmodell der Physik ist. Es soll erklären, wie die Materie zu ihrer Masse kommt. Ginge den Physikern ein Higgs-Teilchen ins Netz, wäre dies der Nachweis für das sogenannte Higgs-Feld, das den gesamten Kosmos durchdringen soll. Durchqueren Materieteilchen dieses Energiefeld, treten sie damit in Wechselwirkung - und erhalten so ihre Masse. Soweit jedenfalls die Theorie.

In der Praxis ist es ein mühsamer Prozess, ein Higgs-Teilchen nachzuweisen. Am Cern lassen die Forscher in den beiden riesigen Detektoren "Atlas" und "CMS" des weltgrößten Teilchenbeschleunigers LHC ("Large Hadron Collider") Protonen fast mit Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen. Bei diesen Kollisionen müsste sich - wenn auch äußerst selten und nur über seine Zerfallsprodukte nachweisbar - ein Higgs zeigen.

Um herauszufinden, ob es sich bei dem am Cern entdeckten Teilchen tatsächlich um das mysteriöse Higgs handelt, haben die Forscher dessen Eigenschaften seit vergangenem Sommer genauer vermessen. Demnach ist sein Eigendrehimpuls, auch Spin genannt, gleich null - genauso wie es das Standardmodell für das Higgs fordert. Auch einer anderen Bedingung entspricht das neue Teilchen: Vereinfacht gesagt, verhält sich sein räumliches Spiegelbild genauso wie es selbst.

Diese beiden Indizien und die Wechselwirkungen des neuen Teilchens mit anderen Materiebausteinen seien starke Hinweise darauf, dass es sich um das Higgs-Boson handele, heißt es aus dem Cern. "Für mich ist es eindeutig, dass wir es mit dem gesuchten Teilchen zu tun haben, auch wenn es noch ein weiter Weg ist, bis wir herausgefunden haben, welches Higgs-Boson es ist", schwärmt Joe Incandela, Sprecher des "CMS"-Projektes am Cern. "Atlas"-Sprecher Dave Charlton lobte ebenfalls die "schönen Ergebnisse", die ihm zufolge auf das Higgs-Boson des Standardmodells hinweisen.

Ein Teilchen, viele Higgs

"Mit den neuen Resultaten können wir ziemlich sicher sein, dass es sich um ein Higgs-Teilchen handelt", sagt auch der deutsche Physiker Joachim Mnich vom Teilchenforschungszentrum Desy (Deutsches Elektronen-Synchrotron) in Hamburg stern.de. "Das 'Higgs-artig' streiche ich jedenfalls ab jetzt." Ob den Forschern das Higgs des sogenannten Standardmodells oder eine exotischere Variante ins Netz gegangen ist, sei aber noch unklar.

Nicht wenige Physiker hoffen sogar, dass es sich nicht um das Higgs des Standardmodells handelt. Denn mit dieser Theorie lassen sich längst nicht alle Fragen der Teilchenphysik und der Kosmologie erklären. "Das nun entdeckte Teilchen könnte auch das leichteste Boson der Supersymmetrie sein", sagt Mnich. Und damit ein Kandidat, der auf eine erweiterte Theorie jenseits des Standardmodells hinweist.

Doch um das herauszufinden, müssen die Genfer Forscher noch viele Teilchenzerfälle genau untersuchen. "Die Frage wird uns Physiker sicher noch die nächsten Jahre beschäftigen", ist Mnich überzeugt. "Es braucht noch Zeit", heißt es auch aus dem Cern. Denn ein Higgs zeigt sich nur äußerst selten: Im Durschnitt müssen die Forscher rund eine Billion Mal Wasserstoffkerne in dem 27 Kilometer langen Tunnel nahe Genf kollidieren lassen - um den Zerfall eines Higgs zu beobachten.