Teilchenphysiker setzen das Higgs-Boson unter Druck; Suchen Sie nach schlüssigen Ergebnissen im Jahr 2012

Mit „frisch gequetschten“ Diagrammen aus den neuesten Daten, die von zwei Teilchenphysik-Experimenten gesammelt wurden, sagten Wissenschaftlerteams des Large Hadron Collider am CERN, dem Europäischen Zentrum für Kernforschung, am Dienstag, sie hätten „verlockende Hinweise“ auf das schwer fassbare subatomare Teilchen aufgezeichnet, das bekannt ist wie das Higgs-Boson, kann aber nicht schlüssig sagen, dass es existiert … noch nicht. Sie sagen jedoch voraus, dass die Collider-Läufe von 2012 genügend Daten liefern sollten, um die Bestimmung zu treffen.

„Schon die Tatsache, dass wir die Ergebnisse einer sehr ausgefeilten Analyse nur einen Monat nach der Aufzeichnung der letzten von uns verwendeten Daten zeigen können, ist sehr beruhigend“, sagt Dr. Greg Landsberg, Physik-Koordinator für das Compact Muon Solenoid (CMS). Detektor am LHC gegenüber Universe Today. „Es sagt Ihnen, wie schnell die Bearbeitungszeit ist. Das ist wirklich beispiellos in der Geschichte der Teilchenphysik, da so große und komplexe Experimente so viele Daten produzieren, und es ist sehr aufregend.“

Die wichtigste Schlussfolgerung von über 6.000 Wissenschaftlern der kombinierten Teams von CMS und den ATLAS-Teilchendetektoren ist derzeit, dass es ihnen gelungen ist, den Massenbereich des Standardmodells Higgs-Boson – falls vorhanden – auf den Bereich von 116- 130 GeV durch das ATLAS-Experiment und 115-127 GeV durch CMS.

Das Standardmodell ist die Theorie, die die Wechselwirkungen subatomarer Teilchen erklärt – die die gewöhnliche Materie beschreibt, aus der das Universum besteht – und im Allgemeinen sehr gut funktioniert. Aber es erklärt nicht, warum einige Teilchen Masse haben und andere nicht, und es beschreibt auch nicht die 96% des Universums, die unsichtbar sind.

1964 schlugen der Physiker Peter Higgs und Kollegen die Existenz eines mysteriösen Energiefeldes vor, das mit einigen subatomaren Teilchen stärker interagiert als mit anderen, was zu unterschiedlichen Werten für die Teilchenmasse führt. Dieses Feld ist als Higgs-Feld bekannt, und das Higgs-Boson ist das kleinste Teilchen des Higgs-Feldes. Aber das Higgs-Boson wurde noch nicht entdeckt, und einer der Hauptgründe für den Bau des LHC war der Versuch, es zu finden.

Um nach diesen winzigen Teilchen zu suchen, zerschmettert der LHC hochenergetische Protonen und wandelt dabei etwas Energie in Masse um. Dadurch entsteht ein Partikelnebel, der von den Detektoren aufgenommen wird. Die Entdeckung des Higgs beruht jedoch auf der Beobachtung der Teilchen, in die diese Protonen zerfallen, und nicht auf dem Higgs selbst. Wenn sie existieren, sind sie sehr kurzlebig und können auf viele verschiedene Arten zerfallen. Das Problem ist, dass viele andere Prozesse ebenfalls zu den gleichen Ergebnissen führen können.

Wie können Wissenschaftler den Unterschied erkennen? Eine kurze Antwort ist, dass, wenn sie alle anderen Dinge, die ein Higgs-ähnliches Signal erzeugen können, und die typische Frequenz, mit der sie auftreten, herausfinden können, dann, wenn sie mehr dieser Signale sehen, als aktuelle Theorien vermuten, sie einen Platz finden um nach den Higgs zu suchen.

Die Experimente haben Exzesse in ähnlichen Bereichen gesehen. Und wie es in der Pressemitteilung des CERN heißt: „Für sich genommen ist keiner dieser Exzesse statistisch signifikanter als ein Würfelwurf und zwei Sechser hintereinander. Interessant ist, dass es mehrere unabhängige Messungen gibt, die auf den Bereich von 124 bis 126 GeV hinweisen.“

„Das ist sehr vielversprechend“, sagt Landsberg, der auch Professor an der Brown University ist. „Das zeigt, dass beide Experimente sehr, sehr gut verstehen, was mit ihren Detektoren vor sich geht. Beide Kalibrierungen sahen Überschüsse bei geringen Massen. Aber leider ist unser Prozess statistischer Natur, und Statistik ist bekannt dafür, dass sie ab und zu lustige Streiche spielt. Wir wissen also nicht wirklich – wir haben nicht genügend Beweise, um zu wissen – ob das, was wir gesehen haben, ein flüchtiger Blick auf das Higgs-Boson ist oder dies nur statistische Schwankungen des Standand-Modell-Prozesses sind, die die gleiche Art von Signaturen nachahmen, die kommen würden wenn das Higgs-Boson produziert wird.“

Landsberg sagte, die einzige Möglichkeit, mit Statistiken fertig zu werden, sei, mehr Daten zu erhalten, und die Wissenschaftler müssten die Datenproben erheblich vergrößern, um die Frage, ob das Higgs-Boson mit einer Masse von 125 GeV oder einer anderen Masse existiert, definitiv zu beantworten Bereich, der noch nicht ausgeschlossen wurde.

Die gute Nachricht ist, dass im Jahr 2012 jede Menge Daten ankommen.

„Wir hoffen, die in diesem Jahr gesammelte Datenstichprobe zu vervierfachen“, sagte Landsberg. „Und das sollte uns genug statistische Sicherheit geben, um dieses Rätsel im Wesentlichen zu lösen und der Welt mitzuteilen, ob wir die ersten Blicke auf das Higgs-Boson gesehen haben. Wie das Team heute gezeigt hat, werden wir weiter wachsen, bis wir ein statistisches Signifikanzniveau erreichen, das für die Entdeckung in unserem Gebiet als ausreichend angesehen wird.“

Landsberg sagte, dass es in diesem kleinen Bereich nicht viel Platz für die Higgs gibt, sich zu verstecken. „Das ist sehr aufregend und es sagt Ihnen, dass wir fast am Ziel sind. Wir haben genug Empfindlichkeit und schöne Detektoren; wir brauchen nur ein bisschen mehr Zeit und ein bisschen mehr Daten. Ich bin sehr zuversichtlich, dass wir irgendwann im nächsten Jahr etwas definitives sagen können.“

Die Spannung baut sich also auf und 2012 könnte das Jahr der Higgs werden.

Weitere Informationen: Pressemitteilung des CERN, ArsTechnica