CERN-Experimente geben erste Hinweise auf einen seltenen Higgs-Boson-Prozess

Genf (Schweiz) – Die Experimente ATLAS und CMS am Europäischen Kernforschungszentrum CERN geben erstmals Hinweise auf einen seltenen Higgs-Boson-Prozess, in dem das sogenannte „Gottesteilchen“, das Higgs-Boson, das allem seine Masse verleiht, in zwei Myonen zerfällt. Die neuen Ergebnisse sind für die Grundlagenphysik von entscheidender Bedeutung, da sie erstmals darauf hinweisen, dass das Higgs-Boson mit Elementarteilchen der sog. zweiten Generation interagiert.

Hintergrund
Ein Myon ist eine schwerere Kopie des Elektrons, eines der Elementarteilchen, die den Materiegehalt des Universums ausmachen. Während Elektronen als Teilchen der ersten und schwereren Generation klassifiziert werden, gehören Myonen zur zweiten Generation. Der physikalische Prozess des Zerfalls des Higgs-Bosons in Myonen ist ein seltenes Phänomen, da nur eins von 5.00 Higgs-Bosonen in Myonen zerfällt.

Seit seiner Entdeckung im Jahr 2012 wird das Higgs-Boson am CERN erforscht (…GreWi berichtete) erforscht, um die Eigenschaften dieses ganz besonderen Teilchens zu untersuchen. Das Higgs-Boson, das durch Protonenkollisionen am Large Hadron Collider (LHC) entsteht, zerfällt in sog. Zerfall fast augenblicklich in andere Partikel. Eine der Hauptmethoden zur Untersuchung der Eigenschaften des Higgs-Bosons besteht darin, zu analysieren, wie es in die verschiedenen Grundpartikel zerfällt und wie schnell es zerfällt.

Wie die CERN-Teams auf der 40. ICHEP-Konferenz berichten, haben sie nun diesen Zerfall mit „3 Sigma“ nachgewiesen, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Higgs-Boson aufgrund statistischer Fluktuation in ein Myonenpaar zerfällt, weniger als 1:700 beträgt. Das 2-Sigma-Ergebnis von ATLAS bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit 1:40 beträgt. Die Kombination von beiden Ergebnissen würde die Signifikanz deutlich über 3 Sigma erhöhen und liefert somit starke Beweise für den Zerfall des Higgs-Bosons in zwei Myonen.

„Das Higgs-Boson scheint in Übereinstimmung mit der Vorhersage des Standardmodells auch mit Partikeln der zweiten Generation zu interagieren. Dieses Ergebnis wird mit den Daten, die wir im nächsten Lauf voraussichtlich sammeln werden, weiter verfeinert “, erläutert Roberto Carlin, Sprecher des CMS Experiments.

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Hintergrund
Das Higgs-Boson ist die Quantenmanifestation des Higgs-Feldes, das Elementarteilchen, mit denen es interagiert, über den „Brout-Englert-Higgs-Mechanismus“ Mass verleiht. Durch Messung der Geschwindigkeit, mit der das Higgs-Boson in verschiedene Teilchen zerfällt, können Physiker auf die Stärke ihrer Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld schließen: Je höher die Zerfallsrate in ein bestimmtes Teilchen ist, desto stärker ist seine Wechselwirkung mit dem Feld. Bisher hatten die ATLAS- und CMS-Experimente beobachtet, dass das Higgs-Boson in verschiedene Arten von Bosonen wie W und Z und schwerere Fermionen wie Tau-Leptonen zerfällt. Die Wechselwirkung mit den schwersten Quarks wurde 2018 gemessen. Myonen sind im Vergleich viel leichter und ihre Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ist schwächer. Wechselwirkungen zwischen dem Higgs-Boson und Myonen waren daher bisher am LHC nicht zu beobachten.

Der jetzt erbrachte Nachweis des Zerfalls von Higgs-Bosonen in Materieteilchen der zweiten, leichteren Generation markiere ein neues Stadium der Präzision. Seltene Zerfallsmodi können nun angesprochen werden.

– Eine Fachzusammenfassung zu den aktuellen CMS-Messungen finden Sie HIER
– Einen Fachartikel zu den Ergebnissend er ATLAS-Messungen finden Sie HIER

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Quelle: CERN

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Andreas Müller

Autor und Publizist