Ein internationales Team von Forschern hat erstmals eine bisher unbekannte Zerfallsform des Higgs-Bosons beobachtet, was neues Licht auf die Mysterien des Universums wirft und die Existenz noch unerforschter physikalischer Phänomene nahelegt. Diese Entdeckung, das Ergebnis der Analyse von Daten, die bei Protonenkollisionen am Großen Hadronen-Speicherring (LHC) des CERN gesammelt wurden, markiert einen riesigen Schritt in unserem Verständnis der subatomaren Welt.
Blick auf den ATLAS-Detektor am LHC. (Bild: Claudia Marcelloni/ATLAS CERN)
Das Higgs-Boson, ein in den 1960er Jahren vorausgesagtes und 2012 endgültig entdecktes Elementarteilchen, spielt eine entscheidende Rolle im Standardmodell der Teilchenphysik. Es ist mit einem Feld verbunden, das im ganzen Universum vorhanden ist und anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Seine Fähigkeit, mit verschiedenen Teilchen und Feldern zu interagieren, wurde mit hoher Präzision gemessen und bestätigte die Vorhersagen bisher.
Die jüngste Beobachtung betrifft einen Zerfall des Higgs-Bosons in ein Photon, oder Lichtquant, und ein Z-Boson, ein elektrisch ungeladenes Teilchen, das an der Übermittlung der schwachen Kraft beteiligt ist, einer der vier Grundkräfte des Universums. Laut Theorie ist dieser Prozess extrem selten und tritt etwa 15 Mal bei 10.000 Zerfällen auf. Die durch die ATLAS- und CMS-Kollaborationen gesammelten Daten zeigen jedoch eine höhere Zerfallsrate, mit 34 Vorkommen bei 10.000, was Fragen über die Möglichkeit neuer Teilchen oder Kräfte jenseits des Standardmodells aufwirft.
Diese signifikante Abweichung von den theoretischen Vorhersagen, obwohl noch nicht ausreichend, um eine statistische Fluktuation auszuschließen, deutet auf die Möglichkeit einer neuen Physik hin. Sie öffnet insbesondere die Tür zu Theorien wie der Supersymmetrie, die eine Beziehung zwischen Teilchen mit halbem Spin und ganzem Spin vorschlägt und Antworten auf einige der großen Rätsel der Physik bietet, wie die Natur der Dunklen Materie und die enorme Diskrepanz zwischen der schwachen und der Gravitationskraft.
Die Erkennung dieses Zerfalls erforderte eine sorgfältige Analyse der Ergebnisse der Protonenkollisionen am LHC, wobei die Wissenschaftler das Unvermögen, das Z-Boson direkt zu beobachten, kompensieren mussten, indem sie die Energie der Elektronen oder Myonen maßen, die bei seinem Zerfall produziert wurden. Diese technische Meisterleistung unterstreicht die außerordentliche Präzision, mit der Physiker heute die Grundlagen unseres Verständnisses des Universums testen können.
Die Forscher richten nun ihren Blick in die Zukunft, mit der Erwartung noch genauerer Daten aus der nächsten Phase des LHC und dem zukünftigen Hochleistungs-Hadronen-Speicherring, der neue Entdeckungen über die grundlegende Struktur der Materie verspricht.
Quelle: Physical Review Letters