Meyrin. Dank höherer Energien im Teilchenbeschleuniger und noch mehr Teilchenkollisionen konnten Forschende des Cern die Eigenschaften des Higgs-Teilchens genauer ergründen als je zuvor. Von ihren Ergebnissen berichteten sie nun an einer Konferenz in Belgien.

Derzeit ist der Large Hadron Collider (LHC) des Cern in der Wartungspause und im Ausbau: Schrittweise sollen die Zahl der Teilchenkollisionen hochgeschraubt und damit extrem seltene Zerfallsereignisse sichtbar gemacht werden. Damit wollen die Wissenschafter insbesondere auch dem Higgs-Boson genauer auf den Zahn fühlen.

Während die Experimente ruhen, waren die Forschenden jedoch nicht müßig: Die Forschungskonsortien der Atlas- und CMS-Experimente haben die gesammelten Daten seit dem letzten Upgrade des LHC ausgewertet und stellten diese Woche neue Ergebnisse zum Higgs-Teilchen an der "High-Energy Physics Conference" der European Physical Society in Ghent vor.

Forscher studieren Entstehung und Zerfall

Forschende spüren den Eigenschaften dieses auch als "Gottesteilchen" bezeichneten Bosons nach, indem sie seine Entstehung und seinen Zerfall zu anderen Teilchen studieren. Die Messkampagne von 2015 bis 2018 lieferte das Äquivalent von 10.000 Billionen Teilchenkollisionen, wie das Cern in einer Mitteilung festhielt. Somit lieferte dieser Datensatz eine bisher nie erreichte Menge an Higgs-Teilchen und Zerfallsereignissen zur Analyse.

Unter anderem konnten die Forschenden dadurch die Entstehung dieser Teilchen viel genauer analysieren als bisher: Nicht nur die Rate, mit der sie entstehen, sondern auch die Verteilung und Orientierung der Zerfallsprodukte. Diese Messungen geben tiefere Einblicke in die Mechanismen, wie das Higgs-Boson entsteht, schrieb das Cern.

Das Higgs-Teilchen verleiht anderen Elementarteilchen ihre Masse, indem es mit ihnen wechselwirkt. Seit dem Nachweis dieses "Gottesteilchens" am Cern vor rund sieben Jahren werden unter anderem diese Wechselwirkungen intensiv erforscht.

Bisher konnten die Atlas- und CMS-Forschenden vor allem Interaktionen mit schweren Elementarteilchen beobachten, darunter Top- und Bottom-Quarks. Die etwas schwächeren Wechselwirkungen mit der leichteren Gruppe der Elementarteilchen, darunter Myonen und Charm-Quarks, sind weitaus schwieriger im "Hintergrundrauschen" dingfest zu machen.

Künstliche Intelligenz unterstützt

Das Atlas-Konsortium berichtete, dass die nötige Sensitivität zur Beobachtung der seltenen Wechselwirkungen mit Myonen fast erreicht sei, so Atlas-Sprecher Karl Jacobs. Für definitive Aussagen bräuchte es jedoch einen noch größeren Datensatz, den die Forschenden nach dem derzeit laufenden Upgrade des LHC ab 2021 oder nach dem noch mächtigeren Upgrade zum "High Luminosity LHC" ab 2026 erreichen wollen.

Auch die Forschenden des CMS-Experiments, die sich auf die Wechselwirkung mit Charm-Quarks fokussieren, zeigten sich zuversichtlich. Dank des Einsatzes von künstlicher Intelligenz sei es nun möglich, die schwer zu identifizierenden Zerfallsereignisse von Higgs-Teilchen zu Charm-Quarks besser zu analysieren, hieß es.

Das Higgs-Boson ist ein zentraler Baustein des Standardmodells der Physik. Dieses mathematische Modell beschreibt einen Teil des Universums mit seinen Teilchen und Kräften sehr gut. Jedoch passen einige ganz elementare Dinge - wie beispielsweise die Gravitationskraft - nicht recht in dieses Modell hinein.

Durch immer präzisere Messungen der Eigenschaften des Higgs-Teilchens hoffen die Forschenden, auf die Spur einer Physik jenseits des Standardmodells zu kommen. Bisher bestätigten jedoch alle Ergebnisse zum Higgs-Boson die Vorhersagen des Standardmodells. (apa)