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Künstlerische Darstellung eines Atoms mit Atomkern und -hülle.

Fünf "Gottesteilchen" statt einem?

Am neuen Teilchenbeschleuniger in Genf soll vor allem eines gefunden werden: das Higgs-Boson. Das auch "Gottesteilchen" genannte Partikel, das anderen Teilchen laut Theorie ihre Masse verleiht, verhält sich bisher aber äußerst widerspenstig. US-Forscher haben nun Hinweise gefunden, dass es gleich fünf von ihnen gibt.

Physik 15.06.2010

Standardmodell der Elementarteilchen

Über die Grundkräfte der Natur - Elektromagnetismus, starke und schwache Kernkraft sowie Gravitation - weiß man mittlerweile eine ganze Menge. Das Standardmodell der Elementarteilchen fasst das Auftreten der ersten drei dieser Kräfte zusammen.

Laut dem Standardmodell gliedert sich die Welt der Elementarpartikel in zwei Hauptgruppen: Erstens Fermionen, d.h. Teilchen mit halbzahligem Spin, zu denen etwa das Elektron oder die Quarks gehören. Die zweite Gruppe bilden die Bosonen, Teilchen mit ganzzahligem Spin.

Mit Hilfe dieser Einteilung lässt sich zeigen, dass die Grundkräfte der Natur aus der Wechselwirkung verschiedener Teilchentypen entstehen: Der Elektromagnetismus beschreibt etwa, wie Partikel mit Elektronen interagieren. Die so genannten W- und Z-Teilchen, beide Bosonen, sind wiederum an der schwachen Kernkraft beteiligt.

Wie kommt es zur Masse?

Eines vermag das Standardmodell mit den bisher entdeckten Teilchentypen jedoch nicht: Es kann nicht erklären, warum die Objekte im Universum eine Masse aufweisen. Der Versuch der Problemlösung geht auf das Jahr 1964 zurück. Damals postulierte der britische Physiker Peter Ware Higgs, dass das Universum von einem besonderen Feld durchdrungen sei, das man heute als Higgs-Feld bezeichnet.

Wie die Quantenmechanik lehrt, gibt es zu jedem Feld entsprechende Teilchen. In diesem Fall die Higgs-Bosonen, die mit den anderen Teilchen in Wechselwirkung treten und ihnen auf diese Weise die Masse übermitteln. Das Problem an der Theorie: Bisher konnte das Higgs-Boson, das wegen seiner fundamentalen Wichtigkeit auch "Gottesteilchen" genannt wird, experimentell nicht nachgewiesen werden.

Suche nach den Higgs-Bosonen

Genau dieser Nachweis ist eines der Hauptziele, die am Large Hadron Collider verfolgt werden. Der Teilchenbeschleuniger in Genf steht dabei in Konkurrenz mit anderen, etwa dem Tevatron im Fermilab nahe Chicago. Jüngste Resultate aus Amerika deuten daraufhin, dass es womöglich gleich mehrere "Gottesteilchen" geben könnte.

Die Studie:

"CP violation in Bs mixing from heavy Higgs exchange" von Adam Martin et al. auf dem Preprint-Server arXiv.org.

Eine Physikergruppe um Adam Martin vom Fermilab hat das Verhältnis von Materie und Antimaterie durch den Zusammenstoß von Protonen und Antiprotonen untersucht. Der Grad der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, den sie dabei messen konnten ("CP-Verletzung"), geht ihnen zufolge über das Standardmodell hinaus.

Ihre Daten würden für fünf Higgs-Bosonen sprechen, die ähnliche Massen haben, aber unterschiedliche Ladungen.

Theoretische Modelle, die es zu beweisen gilt

Die Beobachtungen der Forscher schließen an das "Two higgs doublet model" an, demzufolge drei Higgs-Bosonen neutral geladen sind, eines negativ und eines positiv. Das Modell könne ihre Beobachtungen erklären und sei auch zum größten Teil mit dem Standardmodell vereinbar, meinte Adam Martin gegenüber der BBC.

Erweitert um das Phänomen der Supersymmetrie ergibt sich daraus das minimale supersymmetrische Standardmodell. Beweise für dessen Richtigkeit und die Existenz von einem oder fünf Higgs-Bosonen stehen noch aus - Tevatron und LHC sollen in den nächsten Jahren dazu aber immer wieder Beiträge liefern.

science.ORF.at

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