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Forscher von Large Hadron Collider sehen verlockende Hinweise auf ein neues Teilchen, das die Physik revolutionieren könnte.
Von Harry Cliff, Universität von Cambridge
Anfang Dezember ging im Internet und in den Kaffeeräumen der Physiklabors das Gerücht um, die Forscher des Large Hadron Collider hätten ein neues Teilchen entdeckt. Könnte dies nach dreijähriger Dürre nach der Entdeckung des Higgs-Bosons das erste Anzeichen für eine neue Physik sein, auf die alle Teilchenphysiker verzweifelt gehofft haben?
Die Forscher, die an den LHC-Experimenten arbeiteten, blieben bis zum 14. Dezember gespannt, als die Physiker das Hauptauditorium des CERN ausfüllten, um Präsentationen der Wissenschaftler zu hören, die an CMS- und ATLAS-Experimenten arbeiteten, den beiden gigantischen Teilchendetektoren, die 2012 das Higgs-Boson entdeckten Webcast war die Aufregung spürbar.
Alle fragten sich, ob wir den Beginn eines neuen Zeitalters der Entdeckung miterleben würden. Die Antwort ist… vielleicht.
Verblüffende Beule
Die CMS-Ergebnisse wurden zuerst veröffentlicht. Anfangs war die Geschichte bekannt, eine beeindruckende Reihe von Messungen, die immer wieder keine Anzeichen von neuen Partikeln zeigten. In den letzten Minuten der Präsentation wurde jedoch eine subtile, aber faszinierende Beule in einer Grafik entdeckt, die auf ein neues schweres Teilchen hindeutet, das in zwei Photonen (Lichtteilchen) zerfällt. Die Erhebung trat bei einer Masse von ca. 760GeV auf (die in der Teilchenphysik verwendete Einheit aus Masse und Energie - das Higgs-Boson hat eine Masse von ca. 125 GeV), war jedoch ein viel zu schwaches Signal, um für sich genommen schlüssig zu sein. Die Frage war, würde ATLAS eine ähnliche Beule an derselben Stelle sehen?
Die ATLAS-Präsentation entsprach der von CMS, einer weiteren Liste von Nichtentdeckungen. Aber, um das Beste zum Schluss zu retten, wurde gegen Ende eine Beule enthüllt, in der Nähe der Stelle, an der CMS ihre bei 750GeV sah - aber größer. Es war immer noch zu schwach, um die statistische Schwelle zu erreichen, um als solide Beweise angesehen zu werden, aber die Tatsache, dass beide Experimente Beweise an derselben Stelle ergaben, ist aufregend.
Die Entdeckung der Higgs im Jahr 2012 vervollständigte das Standardmodell, unsere derzeit beste Theorie der Teilchenphysik, ließ jedoch viele ungelöste Rätsel offen. Dazu gehören die Natur der „dunklen Materie“, einer unsichtbaren Substanz, die rund 85% der Materie im Universum ausmacht, die Schwäche der Schwerkraft und die Art und Weise, wie die Gesetze der Physik so genau abgestimmt erscheinen, dass Leben existiert, um es zu benennen aber ein paar.
Könnte die Supersymmetrie eines Tages das Geheimnis der gesamten dunklen Materie auflösen, die in Galaxienhaufen lauert? Bildnachweis: NASA / Wikimedia
Eine Reihe von Theorien wurde vorgeschlagen, um diese Probleme zu lösen. Am beliebtesten ist eine Idee namens Supersymmetrie, die vorschlägt, dass es für jedes Partikel im Standardmodell einen schwereren Superpartner gibt. Diese Theorie liefert eine Erklärung für die Feinabstimmung der Gesetze der Physik, und einer der Superpartner könnte auch für die Dunkle Materie verantwortlich sein.
Supersymmetrie sagt die Existenz neuer Teilchen voraus, die in Reichweite des LHC sein sollten. Trotz großer Hoffnungen zeigte der erste Lauf der Maschine von 2009 bis 2013 eine karge subatomare Wildnis, die nur von einem einsamen Higgs-Boson bevölkert wurde. Viele der theoretischen Physiker, die an Supersymmetrie arbeiten, fanden die jüngsten Ergebnisse des LHC eher deprimierend. Einige hatten sich Sorgen gemacht, dass Antworten auf die offenen Fragen der Physik für immer außerhalb unserer Reichweite liegen könnten.
In diesem Sommer nahm der 27 km lange LHC seinen Betrieb nach einem zweijährigen Upgrade wieder auf, bei dem sich die Kollisionsenergie fast verdoppelte. Die Physiker warten gespannt auf die Auswirkungen dieser Kollisionen, da durch höhere Energie schwere Partikel erzeugt werden können, die beim ersten Durchlauf nicht in Reichweite waren. Daher ist dieser Hinweis auf ein neues Teilchen in der Tat sehr willkommen.
Ein Cousin von Higgs?
Andy Parker, Leiter des Cavendish Laboratory in Cambridge und leitendes Mitglied des ATLAS-Experiments, sagte zu mir: „Wenn die Erhebung real ist und in zwei Photonen zerfällt, muss es sich um ein Boson handeln, höchstwahrscheinlich um ein anderes Higgs-Boson. Zusätzliche Higgs werden von vielen Modellen vorhergesagt, einschließlich der Supersymmetrie. “
Vielleicht noch aufregender, es könnte eine Art Graviton sein, ein hypothetisches Teilchen, das mit der Schwerkraft verbunden ist. Entscheidend ist, dass Gravitonen in Theorien existieren, die zusätzlich zu den drei Dimensionen (Höhe, Breite und Tiefe) Raum haben.
Vorerst werden die Physiker skeptisch bleiben - es werden mehr Daten benötigt, um diesen faszinierenden Hinweis ein- oder auszuschließen. Parker beschrieb die Ergebnisse als "vorläufig und nicht schlüssig", fügte jedoch hinzu: "Sollte sich herausstellen, dass dies das erste Anzeichen für Physik jenseits des Standardmodells ist, wird dies im Nachhinein als historische Wissenschaft angesehen."
Ob sich dieses neue Teilchen als real herausstellt oder nicht, alle sind sich einig, dass 2016 ein aufregendes Jahr für die Teilchenphysik wird.
Harry Cliff, Teilchenphysiker und wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität von Cambridge
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.