Das Higgs-Teilchen
Dieses kurze Kapitel soll Dir Einblick in die Suche nach diesem Teilchen geben, über das in jüngster Zeit so viel gesprochen wird.


Das Higgs-Teilchen ist einer der populärsten Kandidaten, der bei der Suche nach neuen Teilchen am LHC genannt wird. Es könnte als Nachweis einer Mitte der 60er Jahre aufgestellten Theorie dienen, die einen Mechanismus beschreibt, der den Elementarteilchen des Standardmodells Masse verliehen hat. Aus Symmetrien schließt man nämlich, dass alle Elementarteilchen direkt nach dem Urknall masselos waren. Die Theorie vermutet, dass sich durch Abkühlung des Weltalls eine Billionstel Sekunden nach dem Urknall ein zähes Medium im ganzen Universum breit gemacht hat, das so genannte Higgsfeld. Weil man seitdem Kraft benötigt, um Elementarteilchen in diesem Medium zu beschleunigen, ist ihre Masse nicht mehr Null. Um das Higgs-Feld nachzuweisen, muss man es irgendwie anregen, sozusagen kleine Wirbel darin erzeugen. Ein Higgs-Teilchen ist das kleinste Energiequant eines solchen "Higgsfeldwirbels". Das Higgs-Teilchen hat selbst eine große Masse und eine sehr kurze Lebensdauer. Bevor es nachgewiesen werden kann, zerfällt es auch schon wieder. Daher kann es nur an Hand seiner Zerfallsprodukte gefunden werden. In welche Teilchen das Higgs-Teilchen zerfällt, hängt vorhersagbar von seiner Masse ab. Die kennen die Physiker aber noch nicht. Daher sucht man nach ganz verschiedenen Signalen, welche von den unterschiedlichen möglichen Zerfällen des "Higgs" stammen können. In der folgenden Abbildung, die auf theoretischen Berechnungen beruht, sind die Anteile (y-Achse) wichtiger Zerfallsprozesse des Higgs-Teilchens dargestellt. Außerdem wird darin der Einfluss der Masse des Higgs-Teilchens (x-Achse) auf diese Zerfälle deutlich.



Die gestrichelte blaue Linie im Diagramm (mit WW bezeichnet) ist für uns nun sehr interessant. Sie besagt: Wenn das Higgs-Teilchen mindestens 140 GeV/c2 schwer ist, zerfällt es meistens in zwei W-Teilchen, die entgegengesetzte elektrische Ladungen haben, da das Higgs-Teilchen elektrisch neutral ist.

Nun weißt Du schon genug, um solch ein Ereignis aufzuspüren. Du kennst ja bereits die Signale, die ein W-Boson bestimmter elektrischer Ladung hinterlässt. Hier sind noch zwei Feynman-Diagramme, die Erzeugung und Zerfall des Higgs-Teilchens darstellen sowie ein Untergrundereignis:



Und nun kannst auch Du dieses Teilchen finden - auf zur Messung!