Nachweis fürs Higgs-Teilchen

Forschende am Kernforschungszentrum Cern haben erstmals den direkten Zerfall des Higgs-Teilchens in zwei Fermionen nachgewiesen.

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Hier wird geforscht: Das Cern. (Bild: epa/Adam Warzawa)

Hier wird geforscht: Das Cern. (Bild: epa/Adam Warzawa)

Für ihre schon in den 1960er-Jahren geleisteten Arbeiten haben letztes Jahr François Englert und Peter Higgs den Physik-Nobelpreis erhalten. Zugesprochen wurde er ihnen, nachdem es im Jahr zuvor am Teilchenforschungszentrum Cern bei Genf ein erstes Mal gelungen war, experimentell das von beiden postulierte Higgs-Teilchen nachzuweisen. Erst dieses Teilchen und das mit ihm verbundene Feld erklärt, wie die Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen.

Unsicherheiten bleiben

Doch die Arbeit ist damit noch in keiner Weise zu Ende. Die Frage bleibt, ob das gefundene Teilchen wirklich jene Eigenschaften hat, die dem Higgs-Teilchen zugeschrieben werden. Einen grossen Schritt weiter sind nun die am CMS-Experiment des Large Hadron Colliders beteiligten Wissenschafter gekommen. Ihnen ist es erstmals gelungen, den direkten Zerfall des Higgs-Teilchens in Fermionen nachzuweisen. Bisher konnte das Higgs-Teilchen erst durch den Zerfall in Bosonen nachgewiesen werden. «Wir sind damit einen wichtigen Schritt weiter gekommen», erklärt Vincenzo Chiochia vom Physik-Institut der Universität Zürich, dessen Gruppe an der Auswertung der Daten mitgearbeitet hat.

Woraus die Materie besteht

Die Fermionen bilden als eine Gruppe der Elementarteilchen die Materie, während Bosonen als Träger von Kräften zwischen den Fermionen vermitteln. Gemäss Standardmodell der Physik muss sich die Stärke der Wechselwirkung der Fermionen mit dem Higgs-Feld proportional zu ihrer Masse verhalten. «Diese Voraussage wurde bestätigt», sagt Chiochia. «Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass sich das 2012 entdeckte Teilchen tatsächlich wie das in der Theorie postulierte Higgs-Teilchen verhält.»

Die Forschenden analysierten die Daten, die von 2011 bis 2012 gesammelt wurden. Sie kombinierten dabei die Auswertungen zu Zerfällen des Higgs-Teilchens in Bottom-Quarks und in Tau-Leptonen, die beide zur Teilchen-Gruppe der Fermionen gehören. Die Ergebnisse zeigen, dass es im Massebereich des Higgs-Teilchens von 125 Gigaelektronenvolt zu einer Häufung dieser Zerfälle kommt.

179 Institutionen beteiligt

Der CMS-Detektor misst mit sehr hoher Genauigkeit die Energie und den Impuls von Partikeln. Am Bau und Betrieb des CMS-Detektors sind weltweit 179 Institutionen beteiligt. Von Schweizer Seite sind dies die Universität Zürich, die ETH Zürich und das Paul-Scherrer-Institut. (PD/R.A.)

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