6 Auswirkungen des Auffindens eines Higgs-Boson-Teilchens

Physiker haben heute (14. März) verkündet, dass ein Teilchen, das letztes Jahr beim größten Atomzerstörer der Welt entdeckt wurde, ein Higgs-Boson ist, ein lang gesuchter Teilchen, um zu erklären, wie andere Teilchen ihre Masse erhalten.

Entdeckt am Large Hadron Collider (LHC), wo Protonen nahe der Lichtgeschwindigkeit um einen 17 Meilen langen unterirdischen Ring unterhalb der Schweiz und Frankreichs zappen, ist das Higgs-Teilchen das letzte unentdeckte Puzzleteil das Standardmodell, die herrschende Theorie der Teilchenphysik.

Die Bestätigung eines Higgs-Bosons, so sagen die Physiker, wird weitreichende Implikationen haben. Hier sind sechs der größten Konsequenzen:

1. Der Ursprung der Masse

Das Higgs-Boson wurde lange als Schlüssel zur Lösung des Mysteriums der Entstehung der Masse angesehen. Das Higgs-Boson ist mit einem Feld verbunden, das Higgs-Feld genannt wird, das theoretisiert wird, um das Universum zu durchdringen. Wenn sich andere Teilchen durch dieses Feld bewegen, nehmen sie eine Masse an, so wie Schwimmer, die sich durch ein Becken bewegen, nass werden, denkt man.

"Der Higgs-Mechanismus erlaubt uns zu verstehen, wie die Teilchen Masse annehmen", sagte Joao Guimaraes da Costa, ein Physiker an der Harvard University, der im letzten Jahr, als die Entdeckung verkündet wurde, der Standard-Modellkonverter beim LHC-ATLAS-Experiment ist. "Wenn es keinen solchen Mechanismus gäbe, wäre alles masselos."

Bestätigt das Teilchen ist ein Higgs würde auch bestätigen, dass der Higgs-Mechanismus für Teilchen, um Masse zu erwerben, korrekt ist. "Diese Entdeckung trägt das Wissen darüber, wie Masse auf der Quantenebene entsteht, und ist der Grund, warum wir den LHC gebaut. Es ist eine beispiellose Leistung", sagte Caltech Professor für Physik Maria Spiropulu, Co-Leiter des CMS-Experiment, in eine Aussage letztes Jahr.
Und es kann Hinweise auf das nächste Rätsel auf der ganzen Linie geben, weshalb einzelne Teilchen die Massen haben, die sie machen. "Das könnte Teil einer viel größeren Theorie sein", sagte Teilchenphysikerin Harvard University Lisa Randall. "Zu wissen, was das Higgs-Boson ist, ist der erste Schritt, um ein wenig mehr darüber zu wissen, was diese Theorie sein könnte. Es ist verbunden."

2. Das Standardmodell

Das Standardmodell ist die herrschende Theorie der Teilchenphysik, die die sehr kleinen Bestandteile des Universums beschreibt. Jedes vom Standardmodell vorhergesagte Teilchen wurde entdeckt - außer einem: dem Higgs-Boson.

"Es ist das fehlende Stück im Standardmodell", sagte Jonas Strandberg, ein Forscher am CERN, der an dem ATLAS-Experiment arbeitet, letztes Jahr von der Partikelankündigung. "Es wäre also definitiv eine Bestätigung, dass die Theorien, die wir jetzt haben, richtig sind."

Bisher scheint das Higgs-Boson mit den Vorhersagen des Standardmodells übereinzustimmen. Dennoch wird das Standardmodell selbst nicht als vollständig betrachtet. Es umfasst zum Beispiel nicht die Schwerkraft und lässt die dunkle Materie aus, von der angenommen wird, dass sie 98 Prozent aller Materie im Universum ausmacht.

"Klare Beweise, dass das neue Teilchen das Higgs-Boson des Standardmodells ist, würden unser Verständnis des Universums noch immer nicht vervollständigen", sagte Patty McBride, Leiterin des CMS-Zentrums am Fermilab, heute (14. März) in einer Erklärung. "Wir würden immer noch nicht verstehen, warum die Schwerkraft so schwach ist und wir uns den Geheimnissen der Dunklen Materie stellen müssten. Aber es ist befriedigend, der 48 Jahre alten Theorie einen Schritt näher zu kommen."

3. Die elektroschwache Kraft

Die Bestätigung des Higgs hilft auch zu erklären, wie zwei der fundamentalen Kräfte des Universums - die elektromagnetische Kraft, die die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen steuert, und die schwache Kraft, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich ist - vereinheitlicht werden können.

Jede Kraft in der Natur ist mit einem Teilchen verbunden. Das Teilchen, das an den Elektromagnetismus gebunden ist, ist das Photon, ein winziges, masseloses Teilchen. Die schwache Kraft ist mit Teilchen verbunden, die W- und Z-Bosonen genannt werden und sehr massiv sind.

Der Higgs-Mechanismus wird dafür verantwortlich gemacht.

"Wenn man das Higgs-Feld einführt, mischen sich die W- und Z-Bosonen mit dem Feld und durch diese Mischung gewinnen sie Masse", sagte Strandberg. "Dies erklärt, warum die W- und Z-Bosonen Masse haben und auch die elektromagnetischen und schwachen Kräfte in die elektroschwache Kraft eint."

Obwohl andere Beweise dazu beigetragen haben, die Vereinigung dieser beiden Kräfte zu puffern, könnte die Higgs-Entdeckung den Deal besiegeln.

4. Supersymmetrie

Die Theorie-Supersymmetrie wird auch von der Higgs-Entdeckung beeinflusst. Diese Idee postuliert, dass jedes bekannte Teilchen ein "Superpartner" -Teilchen mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften aufweist.

Supersymmetrie ist attraktiv, weil sie dazu beitragen könnte, einige der anderen Naturkräfte zu vereinigen, und bietet sogar einen Kandidaten für das Teilchen, aus dem die Dunkle Materie besteht. Bisher haben Wissenschaftler jedoch Hinweise auf ein Standardmodell-Higgs-Boson gefunden, ohne starke Hinweise auf supersymmetrische Teilchen.

5. Validierung von LHC

Der Large Hadron Collider ist der größte Teilchenbeschleuniger der Welt. Es wurde von der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) für rund 10 Milliarden Dollar gebaut, um höhere Energien zu erforschen, als jemals auf der Erde erreicht worden waren. Das Finden des Higgs-Bosons wurde als eines der größten Ziele der Maschine angepriesen.

Der neu angekündigte Befund bietet eine wichtige Bestätigung für den LHC und für die Wissenschaftler, die seit Jahren an der Suche arbeiten.

"Diese Entdeckung trägt das Wissen darüber, wie Masse auf der Quantenebene zustande kommt, und ist der Grund, warum wir den LHC gebaut haben. Es ist eine beispiellose Errungenschaft", sagte Spiropulu letztes Jahr. "Mehr als eine Generation von Wissenschaftlern hat genau auf diesen Moment gewartet, und Teilchenphysiker, Ingenieure und Techniker in Universitäten und Laboratorien auf der ganzen Welt arbeiten seit vielen Jahrzehnten daran, diese entscheidende Abzweigung zu erreichen.Dies ist der entscheidende Moment für uns, um innezuhalten und über die Schwere der Entdeckung nachzudenken, sowie einen Moment von enormer Intensität, um die Datensammlung und -analyse fortzusetzen. "

Die Entdeckung des Higgs hat auch große Auswirkungen auf den Wissenschaftler Peter Higgs und seine Kollegen, die 1964 erstmals den Higgs-Mechanismus vorgeschlagen haben. Der Fund beleuchtet auch den Namensgeber des Bosons, den verstorbenen indischen Physiker und Mathematiker Satyendranath Bose, der zusammen mit Albert Einstein, half, Bosonen zu definieren. Eine Klasse von Elementarteilchen, Bosonen (einschließlich Gluonen und Gravitonen) vermitteln Wechselwirkungen zwischen Fermionen (einschließlich Quarks, Elektronen und Neutrinos), der anderen Gruppe von fundamentalen Bausteinen des Universums.

6. Ist das Universum zum Untergang verurteilt?

Die Higgs-Boson-Entdeckung öffnet die Tür zu neuen Berechnungen, die vorher nicht möglich waren, sagen Wissenschaftler, einschließlich einer, die vorschlägt, dass das Universum in Milliarden Jahren in einer Katastrophe steckt.

Die Masse des Higgs-Bosons ist ein kritischer Teil einer Berechnung, die die Zukunft von Raum und Zeit aufzeigt. Das Higgs ist ungefähr 126 Mal so groß wie das Proton. Es ist genau das, was man braucht, um ein fundamental instabiles Universum zu erschaffen, das in Milliarden von Jahren zu einer Katastrophe führen würde.

"Diese Berechnung sagt Ihnen, dass in vielen zehn Milliarden Jahren eine Katastrophe bevorsteht", sagte Joseph Lykken, ein theoretischer Physiker am Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois, im letzten Monat auf der Jahrestagung des Amerikaners Verein zur Förderung der Wissenschaft.

"Es kann sein, dass das Universum, in dem wir leben, von Natur aus instabil ist, und irgendwann in Milliarden von Jahren wird alles ausgelöscht", fügte Lykken, ein Mitarbeiter des CMS-Experiments, hinzu.

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