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Das Mysterium der Masse

Die Suche nach dem Higgs-Teilchen

Der Zerfall eines Higgs-Teilchens in vier Myonen in der ATLAS-Simulation. Die vier gelben Spuren stammen aus dem Higgs-Zerfall. Überlagert sind ihnen etwa 1.500 "uninteressante" Spuren aus derselben Strahldurchkreuzung. Die Herausforderung liegt in der Identifikation und Rekonstruktion der Myonen. © CERN

„Warum gibt es Masse?“ – Diese scheinbar simple Frage stellt Wissenschaftler aus aller Welt vor ein großes Rätsel. Zwar gibt es mit dem so genannten Higgs-Teilchen bereits seit den 1960er Jahren eine Hypothese, was „Masse“ eigentlich ist und auch wie sie zustande kommt. Den Beweis hierfür blieb die Physik allerdings bis heute schuldig – doch die Jagd auf das Phantom-Teilchen hat schon längst begonnen.

Mit dem Aufspüren des winzigen Materieteilchens von subatomarer Größe, benannt nach dem schottischen Forscher Peter Higgs, wollen die Teilchenphysiker endlich eine vier Jahrzehnte alte Theorie bestätigen: das Standardmodell der Teilchenphysik. In ihm fließt das gesammelte Wissen der teilchenphysikalischen Forschung der letzten Jahrzehnte zusammen. Es erklärt die Eigenschaften der Elementarteilchen und drei der vier grundlegenden Wechselwirkungen der Natur.

Doch so schön es anmutet, dass die Teilchenphysik im Gegensatz zu anderen Wissenschaften mit nur einer, allumfassenden Theorie auskommt, so hat das Modell doch einen großen Nachteil: In seiner ursprünglichen Form funktioniert das Modell nur mit masselosen Elemtarteilchen – obwohl die in ihm beschriebenen Teilchen eine Masse besitzen müssen. Denn wenn die Materie unseres Universums aus Elementarteilchen aufgebaut ist, wie kann es dann Elementarteilchen ohne Masse geben?

Eine Erklärung – zumindest theoretisch – liefern die die so genannten Higgs-Teilchen. Der Nachweis und die Vermessung dieser bislang unentdeckten Teilchen wäre das fehlende Puzzlestück zur Komplettierung des Standardmodells. Doch alle Versuche, das Higgs-Teilchen experimentell zu orten, sind bislang fehlgeschlagen. So konnte es weder mit dem ‚Large Electron-Positron Collider’, kurz ‚LEP’ am CERN (1989 bis 2000) noch mit dem TEVATRON-Beschleuniger (2000 bis heute) am Fermilab in den USA nachgewiesen werden.

Immense Hoffnungen setzen nun Wissenschaftler aus aller Welt in den neuen Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC). Dieser soll zum Jahreswechsel 2007/2008 in CERN in Betrieb gehen und leistungsstärker sein als alle Vorgängermodelle. Mit ihm soll nun endlich die Ortung des Higgs-Partikels gelingen – und die Jagd nach 40 Jahren endlich ein gutes Ende nehmen.

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Inhalt:

  1. Materie ohne Masse?
    Das Problem mit den Elementarteilchen
  2. Higgs für Dummies
    Über die Zähflüssigkeit des Äthers und den Reibungskoeffizenten
  3. Exkurs: Von Quarks und Higgs-Bosonen
    Das Standardmodell in der ‚Nussschale’
  4. Wo ist das ‚Teilchen Gottes’?
    Suche nach dem Higgs-Boson mit ATLAS am LHC
  5. Forscher auf Phantom-Safari
    Mit Zuversicht auf der Jagd nach den Higgs-Teilchen
  6. Spreu vom Weizen trennen
    Vom Problem, die richtige Kollision ausfindig zu machen
  7. Simulation und Wirklichkeit
    Vorfreude auf physikalisches Neuland
  8. Higgs entdeckt – was nun?
    Zukünftige Rätsel der Teilchenphysik
  9. „Nadel im Heuhaufen der ATLAS-Daten“
    Markus Schumacher im Interview

AHE
Stand: 13.04.2007

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Das Mysterium der Masse
Die Suche nach dem Higgs-Teilchen

Materie ohne Masse?
Das Problem mit den Elementarteilchen

Higgs für Dummies
Über die Zähflüssigkeit des Äthers und den Reibungskoeffizenten

Exkurs: Von Quarks und Higgs-Bosonen
Das Standardmodell in der ‚Nussschale’

Wo ist das ‚Teilchen Gottes’?
Suche nach dem Higgs-Boson mit ATLAS am LHC

Forscher auf Phantom-Safari
Mit Zuversicht auf der Jagd nach den Higgs-Teilchen

Spreu vom Weizen trennen
Vom Problem, die richtige Kollision ausfindig zu machen

Simulation und Wirklichkeit
Vorfreude auf physikalisches Neuland

Higgs entdeckt – was nun?
Zukünftige Rätsel der Teilchenphysik

„Nadel im Heuhaufen der ATLAS-Daten“
Markus Schumacher im Interview

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