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Das Higgs Boson Teil I: Was es ist und warum es wichtig ist
Kommen wir gleich zum Punkt: am vierten Juli 2012 wurde das Higgs Boson als letztes grundlegendes
Teilchen des Standardsmodells der Teilchenphysik experimentell nachgewiesen. "Aber," könntest du
fragen, "warum wurde das Higgs Boson, neben anderen bereits bekannten Teilchen wie Elektronen
und Photonen und Quarks, darin aufgenommen, wenn es damals, in den Jahren 70ern, noch gar nicht
entdeckt war?" Gute Frage. Dafür gibt es hauptsächlich zwei Gründe:
Erstens, genauso wie das Elektron eine Anregung des Elektronenfeldes ist, so ist auch das Higgs Boson
einfach ein Teilchen, das eine Anregung des alles- erfüllenden Higgs Feldes ist. Das Higgs Feld
wiederum spielt eine wichtige Rolle in unserem Modell für den radioaktiven Zerfall, das wir die schwache
(Kern-)Kraft nennen (insbesondere erklärt das Higgs Feld, warum diese Kraft so schwach ist).
Dar?ber werden wir ausführlicher in einem weiteren Video reden. Doch auch wenn die Theorie der
schwachen Kraft in den 1980ern bestätigt wurde, ist das Higgs Feld so eng mit ihr verwoben, dass wir dessen
tatsächliche Existenz bisher nicht unabhängig bestätigen konnten.
Der zweite Grund, warum wir das Higgs Feld im Standard- modell haben, ist der abgefahrene Umstand,
dass das Higgs Feld allen anderen Teilchen ihre Masse gibt. Aber warum muss man Dingen überhaupt erst eine
Masse "geben"? Ist Masse nicht eine intrinsische Eigenschaft von Materie, wie elektrische Ladung?
Naja, in der Teilchenphysik... nicht. Denkt daran, dass man in der Teilchenphysik zunächst eine Zutatenliste
aller Teilchen (und ihrer Eigenschaften) aufschreibt, von der man glaubt, dass es sie in der Natur gibt.
Ihr könnt zur Auffrischung mein Video "Theory of Everything" anschauen.
Wenn wir diese Liste jetzt durch eine große, ausgetüftelte mathematische Maschine jagen, kriegen wir einen Satz
Gleichungen heraus, die uns sagen, wie sich diese Teilchen verhalten.
Wenn wir aber versuchen Masse als Teilcheneigenschaft auf unsere Zutatenliste zu setzten,
brennt die Mathe-Maschine durch. Vielleicht war also Masse keine gute Wahl... nun haben aber die meisten Teilchen,
die wir beobachten können, eine Masse. Also müssen wir einen schlauen Weg finden, die Zutaten so zu wählen, dass
Masse am Ende rauskommt, ohne dass sie als Eingangsgröße vorkommt - so ähnlich wie wenn man Hefe, Zucker und Wasser
mischt und diese vermentieren lässt und so Alkohol entsteht, der am Anfang noch nicht da war.
Und wie ihr durstig vorhergesehen habt, ist die Lösung, dass man ein hefiges Higgs Feld mit den anderen
Zutaten des Standardmodells mischt und wenn wir die Mathematik fermentieren lassen
bekommen wir Teilchen, die eine Masse haben. Aber aus diesem Gebräu kriegen wir auch etwas, mit dem wir NICHT
gerechnet haben: ein einsames Higgs Teilchen, das berüchtigte Boson. Und weil das Modell es so gut schafft
alles zu erklären, schien es sehr wahrscheinlich, dass auch das einsame Boson seine Richtigkeit hat.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Higgs Teilchen eine übrig gebliebene Anregung des Higgs Feldes ist
das im Standard Modell notwendig war, um 1) die schwache Kraft und
2) das Auftreten von Masse bei anderen Teilchen zur erklären. Allerdings ist das Boson
der einzige Teil des Higgs Feldes, der unabhängig bestätigt werden kann; gerade weil der Rest
so eng mit der schwachen Kraft und dem erzeugen von Masse bei anderen Teilchen verwoben ist. Die Tatsache,
dass das Higgs Boson so unabhängig vom Rest des Standard- modells ist, ist auch der Grund dafür, dass es das letzte
Puzzelstück war, das man entdeckt hat - und sollte sich zeigen, dass es genau so ist wie man vorhergesagt hat,
wäre das Standardmodell vollständig.
Das Problem ist nur, dass wir wissen, dass das Standard Modell das Universum NICHT vollständig beschreibt.
(zum Beispiel lässt es Gravitation gänzlich außen vor) Für Physiker wäre es also viel interessanter
und hilfreicher, wenn das Higgs Boson am Ende nicht ganz so ist wie wir es erwarten...
auf diese Weise könnten wir nämlich ein tieferes Verständnis unseres Universums bekommen.
Also, auch wenn wir grade eine Entdeckung gemacht haben, können wir uns nicht einfach zurücklehnen und entspannen.
Wir brauchen einen Hinweis, Herr Higgs.
Fortsetzung in Teil II und III.