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Wissen & Umwelt

Neue Erkenntnisse vom Higgs-Teilchen

Vor rund einem Jahr wurde eine Entdeckung am CERN Forschungszentrum gemacht - es handelte sich vermutlich um das lange gesuchte Higgs. Damals noch vage als Higgs-artig bezeichnet, gibt es nun Neuigkeiten.

Am 4. Juli 2012 hatte das Forschungszentrum CERN in Genf eine neue Entdeckung verkündet: Es wurde - so vermuteten die Wissenschaftler - das lange gesuchte Higgs-Teilchen gefunden. Seitdem gingen die Forscher dem Fund weiter nach, um endgültig Klarheit zu haben. Auf der Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) in Dresden präsentierten die Fachleute die neuesten Messdaten - mit fast eindeutigen Signalen.

Für Physiker wäre die Gewissheit über das Higgs von ungemeiner Bedeutung: Denn es verrät, wie Materie zu ihrer Masse kommt. Dabei steht das Higgs-Teilchen stellvertretend für ein allgegenwärtiges - den gesamten Kosmos durchdringendes - Energiefeld. Durch dieses Feld bewegen sich sämtliche Materieteilchen wie durch zähen Honig. Dabei verspüren sie einen Widerstand, der vergleichbar ist mit dem, den der Honig einem Löffel beim Umrühren bietet. Dieser Widerstand ist es, der den Teilchen Masse verleiht - und damit auch uns selber sowie der uns umgebenden Materie.

Mehr Messdaten erforderlich

Jahrelang war der Large Hadron Collider (LHC) dem Higgs-Teilchen auf der Spur. Der Teilchenbeschleuniger ist in einen 27 Kilometer großen, unterirdischen Tunnel nahe Genf eingebaut und beschleunigt Wasserstoffkerne nahezu auf Lichtgeschwindigkeit, um sie frontal aufeinanderprallen zu lassen. Riesige Detektoren, hoch wie Bürohäuser, beobachten die mikroskopisch kleinen Zusammenstöße und schauen nach, ob dabei neue, exotische Teilchen entstehen - beispielsweise das Higgs.

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CERN-Forscher entdecken neues Teilchen

Im Juli 2012 vermeldeten die Physiker dann einen Durchbruch. Die genaue Formulierung war allerdings ein wenig vage. "Wir haben damals von der Entdeckung eines Higgs-artigen Teilchens gesprochen", sagt Günter Quast, Physikprofessor am Karlsruher Institut für Technologie. "Wir hatten den Fisch zwar an der Angel. Doch um festzustellen, um was für einen Fisch es sich handelt, mussten wir ihn aus dem Wasser ziehen."

Will heißen: Die Forscher brauchten mehr Messdaten, um zu entscheiden, ob das neue Teilchen tatsächlich das Higgs ist oder nicht. Deshalb ließen sie den LHC nach dem besonderen Fund erst mal auf Hochtouren weiterlaufen. "Wir haben den Beschleuniger bis kurz vor Weihnachten betrieben", sagt Karl Jakobs, Professor für Experimentelle Teilchenphysik an der Universität Freiburg. "Dadurch konnten wir die Datenmenge verdreifachen."

Das Higgs fast an der Angel

Insgesamt haben die beiden Detektoren "Atlas" und "Cms" rund zwei Billionen Teilchenzusammenstöße aufgenommen - eine enorme Datenmenge. Und deren Auswertung ist alles andere als einfach: Denn das Higgs selbst können die Physiker nicht beobachten. Dazu lebt es viel zu kurz, weniger als den milliardstel Teil einer milliardstel Sekunde - dann zerfällt es in andere Teilchen. Die Detektoren versuchen, möglichst viele dieser Zerfallsprodukte zu vermessen. Dann beginnt die Tüftelei: Ähnlich wie Archäologen aus Hunderten von Scherben eine antike Vase zusammenpuzzeln, müssen die Physiker das Higgs mühsam aus den Messdaten rekonstruieren.

Atlas-Detektor am CERN (Foto: CERN/dapd)

"Atlas" ist einer der beiden riesigen Detektoren, der die Teilchenzusammenstöße aufgenommen hat. Allein seine Entwicklung hat etwa 20 Jahre gedauert.

Das Resultat: "Anders als im Juli haben wir jetzt eindeutige Signale", erklärt Jakobs. "Damit sind alle Messungen komplett deckend mit der Annahme, dass es sich um das Higgs-Teilchen handelt." Absolute Gewissheit klingt zwar anders. Doch die Zuversicht, dass die Experten das Higgs tatsächlich an der Angel haben, ist merklich gestiegen. "Demnächst können wir wohl das '-artig' streichen und endgültig vom Higgs reden," meint CERN-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer. Damit wird auch immer wahrscheinlicher, dass der 83-jährige Schotte Peter Higgs, der schon in den sechziger Jahren die Existenz des Teilchens vorausgesagt hatte, in diesem Jahr mit dem Nobelpreis geehrt wird.

Teilchenbeschleuniger hat vorerst frei

Die Arbeit am LHC geht dennoch weiter - auch wenn die Maschine nun für zwei Jahre abgeschaltet bleibt. Sie muss gewartet und generalüberholt werden. "Kein Wunder bei einem Prototypen, der fast drei Jahre im Dauerbetrieb gelaufen ist", sagt Günter Quast. Dabei werden die Experten auch ein Problem beheben, das im September 2008, kurz nachdem der LHC gestartet war, für einen Unfall gesorgt hatte.

LHC-Teilchenbeschleuniger am CERN (Foto: Cern)

Der ringförmige LHC-Teilchenbeschleuniger in einem 27 Kilometer langen Tunnel untergebracht

Damals war ein fehlerhaft gelötetes Kabel zwischen zwei der Magneten, welche die Wasserstoffkerne auf ihrer Kreisbahn halten, durchgebrannt und hatte im Tunnel eine Explosion verursacht. Die Druckwelle riss mehrere tonnenschwere Magneten um. Die Reparatur zog sich hin, erst im März 2010 konnten die Messungen beginnen - und das auch nur bei der Hälfte der ursprünglich vorgesehenen Kollisionsenergie. Denn auch andere Kabel hatten sich als mangelhaft herausgestellt, deshalb ließen die Experten den Beschleuniger vorsichtshalber nur mit halber Kraft laufen.

Bis 2015 werden die Fachleute alle Kabel austauschen, danach soll der LHC endlich seine volle Energie erreichen. Dann werden die Physiker das Higgs noch genauer unter die Lupe nehmen und - so die Hoffnung - auch die letzten Fragezeichen beseitigen können.

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