Was ist der Higgs-Boson? ("Gott-Teilchen" erklärt)

Im Jahr 1964 schrieb der britische Physiker Peter Higgs eine bahnbrechende Arbeit, die die Frage aufwirft, warum Elementarteilchen eine Masse haben. Er hat die Existenz eines dreidimensionalen "Feldes" vorhergesagt, das den Raum durchdringt und alles mit sich reißt, was es durchdringt. Einige Teilchen haben mehr Schwierigkeiten, das Feld zu durchqueren als andere, und dies entspricht, dass sie schwerer sind. Wenn das Feld - das später Higgs-Feld genannt wurde - wirklich existiert, dann sagte Higgs, dass ein Teilchen damit verbunden sein muss: das Higgs-Boson.

Fast forward 48 Jahre: Am Mittwoch (4. Juli) gaben Physiker des Large Hadron Collider (LHC), des größten Atomschlagers der Welt in Genf, bekannt, endlich ein Higgs-ähnliches Teilchen entdeckt zu haben. Wenn sich das neue Teilchen als das Higgs herausstellt, wird es fast fünf Dekaden der Theorie der Teilchenphysik bestätigen, die das Higgs-Boson in die Familie der bekannten Teilchen und Gleichungen einbezieht, die sie als das Standardmodell bezeichnen.

Die Suche nach dem Higgs erlangte eine für die Physik ungewöhnliche öffentliche Aufmerksamkeit, nicht zuletzt dank des Buches "The God Particle" (1993) des Physikers Leon Lederman (Dell Publishing). Lederman gab dem Higgs seinen göttlichen Spitznamen, weil das Teilchen "für den heutigen Stand der Physik so zentral ist, so entscheidend für unser endgültiges Verständnis der Struktur der Materie, aber so schwer fassbar", schrieb er in dem Buch. Allerdings witzelte er darüber, dass der zweite Grund darin bestand, dass "der Verleger es nicht als" Goddamn Particle "bezeichnen würde, obwohl dies angesichts seiner schändlichen Natur und der damit verbundenen Kosten ein geeigneterer Titel wäre.

In der Tat entging das Higgs-Boson der Erkennung durch den Bau und die Abschaltung von zwei teuren Teilchenbeschleunigern hoher Energie, die teilweise zu dem Zweck gebaut wurden, sie zu detektieren. Bei diesen Beschleunigern werden Teilchen durch einen Tunnel beschleunigt und dann zusammengeschlagen, wodurch ein Überschuss an Energie erzeugt wird, der manchmal die Form neuer und exotischer Teilchen annimmt. Nur der Large Hadron Collider im CERN Laboratory, der leistungsstärkste jemals gebaute Teilchenbeschleuniger, entpuppte sich als ausreichend hoch genug, um ein Higgs-Teilchen zu erzeugen, das etwa 125-mal so groß ist wie ein Proton. [Was, wenn Sie Ihre Hand in den LHC-Strahl legen?]

Aber was macht das Higgs-Teilchen eigentlich? Wie macht es und das damit verbundene Higgs-Feld die Masse aus?

Wenn Teilchen in der Physik mit Feldern interagieren, muss die Wechselwirkung durch ein Teilchen vermittelt werden. Wechselwirkungen mit dem elektromagnetischen (EM) Feld werden beispielsweise durch Photonen oder Lichtteilchen vermittelt. Wenn ein negativ geladenes Elektron durch das EM-Feld zu einem positiv geladenen Proton gezogen wird, erfährt das Elektron das EM-Feld, indem es einen konstanten Strom von "virtuellen Photonen" absorbiert und emittiert - Photonen, die nur für den Zweck der Existenz ein- und ausgehen Vermittlung der Partikel-Feld-Wechselwirkung. Wenn das EM-Feld "angeregt" ist, dh seine Energie an einer bestimmten Stelle aufgeflammt ist, ist dieses Aufflammen selbst ein Photon - in diesem Fall ein echtes.

In ähnlicher Weise vermittelt das Higgs-Teilchen Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld und ist selbst eine Anregung des Higgs-Feldes. Es wird angenommen, dass Partikel durch das Higgs-Feld wandern (wodurch sie Masse erhalten), indem sie virtuelle Higgs-Teilchen mit ihm austauschen. Und das Denken geht dahin, dass ein echtes Higgs-Teilchen auftaucht, wenn das Feld angeregt wird und an einer bestimmten Stelle mit Energie aufflammt. Wenn man ein solches Aufflackern (d. H. Das Teilchen) erkennt, können Physiker sicher sein, dass das Feld selbst existiert. Am LHC gelang es ihnen, die Atome hart genug zusammenzubacken, um für einen flüchtigen Augenblick eine Anregung mit 125 Giga-Elektronenvolt zu erzeugen, was wahrscheinlich das Higgs-Feld war. Das Aufflackern hatte alle Merkmale eines Higgs-Bosons.

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