Higgs-Boson: Warum ist das Gottesteilchen so wichtig?
Was hat es mit dem Higgs-Boson, auch Gottesteilchen genannt, auf sich? Es erinnert uns an einen Roman des Science-Fiction-Autors Arthur C. Clarke und zählt in der Welt der Physik zu den entscheidenden Elementen. Leon Lederman, ein bemerkenswerter Physiker, erhielt für seine Forschungen über das Gottesteilchen 1988 den Nobelpreis.
Das Higgs-Teilchen wird auch Gottesteilchen genannt, da es die Welt zu dem macht, was sie ist. Professor Lederman sprach in privaten Kreisen von dem “verdammten Teilchen”. 1964 erschienen in der Fachzeitschrift Physical Review Letters drei Veröffentlichungen über einen Mechanismus, der die Masse von Elementarteilchen erklären kann. Peter Higgs, nach dem das Teilchen benannt wurde, und François Englert wurden 2012 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Doch was ist das Higgs-Boson? Es handelt sich um ein Teilchen, das allen Elementarteilchen durch die Wechselwirkung mit dem allgegenwärtigen Higgs-Feld Masse verleiht. Nach mehr als 50 Jahren Forschung gibt es noch immer neue und faszinierende Fragen.
Eine umstrittene Theorie über das Higgs-Boson ist die Vorstellung, dass dieses Teilchen in irgendeiner Ecke unseres Universums in sich zusammenfallen und ein Vakuum erzeugen könnte, eine sich ausdehnende Blase, die alles Bekannte vernichten würde.
Was ist das Higgs-Boson?
Um die Bedeutung, Details und Kuriositäten dieses Elementarteilchens zu verstehen, ist es ratsam, das Buch “The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?” von Leon Lederman zu lesen. Auch wenn die meisten Physiker den mystischen beziehungsweise religiösen Bezug zu diesem Teilchen nicht befürworten, so hat er doch eine gewisse Anziehungskraft und Wirkung auf den Laien.
Eine einfache Definition des Higgs-Bosons wäre, dass es dieses Elementarteilchen möglich macht, dass alles Masse hat. Was bedeutet das? Ohne Masse existiert nichts, was wir kennen, sehen und was uns umgibt. Physik und Chemie hätten keinen Platz und noch weniger Biologie, daher wären wir auch nicht in dieser Welt. Wir wissen, dass die fundamentalen Teilchen, aus denen das Universum besteht, von zwei Arten sein können: Bosonen und Fermionen.
Während letztere Materie bilden, was durch Elektronen, Myonen, Taus und Quarks möglich ist, sind Bosonen für die Übertragung von Kräften zuständig. Das Higgs-Boson verleiht allen Elementarteilchen eine Masse.
Warum ist das Higgs-Boson so wichtig?
Die meisten von uns haben nur grundlegende Kenntnisse in Physik und wissen nur wenig über die Quantenphysik, die sich mit atomaren und subatomaren Systemen und ihren Wechselwirkungen beschäftigt. Bis in jüngster Vergangenheit konnte der Ursprung der Masse nicht erklärt werden, doch Wissenschaftler wie Peter Higgs haben zu dieser Frage wichtige Beiträge geleistet.
Die allgegenwärtigen Higgs-Felder sind in diesem Zusammenhang essenziell:
- Das Higgs-Feld kann als Kontinuum definiert werden, wie ein Quantenfeld, das das gesamte bekannte Universum ausmachen würde. Dieses einzigartige Gewebe würde aus einer unendlichen Anzahl von Higgs-Bosonen bestehen.
- Diese Bewegungen oder Reibungen, die die Higgs-Bosonen erzeugen, bewirken, dass die Teilchen Masse annehmen. Je mehr Reibung, desto mehr Masse hat ein Teilchen.
Physiker nannten das Higgs-Boson das Gottesteilchen. Sie konnten zwar seine Existenz nicht beweisen, wussten jedoch, dass es ein Element geben musste, das erklärt, wie und auf welche Weise die Teilchen Masse erlangen. Ausnahmsweise mussten Wissenschaftler an den Glauben appellieren, damit alle Theorien einen Sinn ergaben.
Ist es möglich, ein Gottesteilchen zu sehen?
Es dauerte ein halbes Jahrhundert, um die Existenz des Higgs-Bosons zu beweisen. Zwar halten die meisten Physiker die Existenz dieses transzendenten Teilchens für selbstverständlich, doch es ist unmöglich, es in Aktion zu sehen. Dieses Element kann nicht nachgewiesen werden, da es bei seiner Entstehung zerfällt und anderen Teilchen Platz macht.
Was nachvollziehbar ist, sind seine Spuren, die Spuren seiner Bewegungen. Dies ist dem großen Großen Hadronen-Speicherring am CERN zu verdanken, der sich an der französisch-schweizerischen Grenze bei Genf befindet. Hier konnte endlich die Existenz des Higgs-Bosons nachgewiesen werden.
Diese fabelhafte Technik basiert auf gigantischen Magneten, die Magnetfelder erzeugen, die 100.000 Mal stärker sind als die Gravitationskraft der Erde.
Es war am 4. Juli 2012, als die Entdeckung des neuen Teilchens bekannt wurde, das als “Gottteilchen” bekannt wurde. Ein Jahr später wurde es bestätigt, als Peter Higgs zusammen mit François Englert den Nobelpreis für die Entdeckung erhielt, die es ermöglichte, den Ursprung der Masse der subatomaren Teilchen zu verstehen.
Das Higgs-Boson und die dunkle Materie
Das Higgs-Boson steht in enger Beziehung zur dunklen Materie, die genauso interessant ist. Wir wissen über diese Teilchen, dass sie sich in unserer Welt auf eine ganz bestimmte Weise verhalten. Sie bleiben für eine minimale, kaum wahrnehmbare Zeit stabil. Später verschwinden sie und weichen einem Strom von Partikeln. Im Teilchenbeschleuniger wurde festgestellt, dass sie in 0,2 % der Fälle auf eine bestimmte Weise zerfallen.
In einigen Fällen wird angenommen, dass das Higgs-Boson verschwindet, wenn es mit dunkler Materie (einer Art von Materie, die nicht mit dem elektromagnetischen Feld interagiert) interagiert.
Daher weisen Artikel wie die von Dr. Anders Andreassen und Dr. William Frost im Jahr 2018 auf etwas Beunruhigendes hin. Es wäre möglich, dass Higgs-Boson-Felder irgendwann an einem bestimmten Punkt im Kosmos kollabieren und ein Vakuum erzeugen. Eine ausgedehnte Blase, die Teile unseres Universums verschlingen kann. Das sind natürlich nur Theorien. Sie sind einfache Wahrscheinlichkeitsmodelle. Denn, wie viele Physiker sagen, ist das Higgs-Boson nach dem derzeitigen Kenntnisstand zu keiner Zeit im Universum kollabiert.
Vielleicht gibt es einige unbekannte Teilchen, die Stabilität fördern und so Katastrophen kosmischen Ausmaßes vermeiden.
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- Abajyan, T.; Abbott, B.; Abdallah, J.; Abdel Khalek, S.; Abdelalim, A.A.; Abdinov, O.; Aben, R. et al. (2012). «Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC». Physics Letters B716 (1): 1-29.
- Higgs Cross Section Working Group; Dittmaier; Mariotti; Passarino; Tanaka; Alekhin; Alwall; Bagnaschi et al. (2012). «Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 2. Differential Distributions». CERN Report 2 (Tables A.1 – A.20) 1201: 3084.
- Lederman, Leo (1993) “La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. Crítica