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Cern:Urheber der Masse

Das nach dem Briten benannte Teilchen ist so schwer fassbar wie bedeutend. Das Higgs-Boson soll der Urheber der Masse aller Dinge sein. Ohne diese gäbe es keine Atome und keine normale Materie. Denn erst die Masse sorgt dafür, dass die Grundbausteine der Materie zusammenhalten und miteinander wechselwirken. Lange Zeit aber konnte das Standardmodell der Teilchenphysik - und damit die Basis unseres physikalischen Weltbilds - nicht erklären, woher die Elementarteilchen diese wichtige Eigenschaft haben.

Spuren einer Kollision von zwei Protonen im Rahmen des CMS-Experiments am Cern. Mit diesen Versuchen wollen die Physiker den Higgs-Bosonen auf die Spur kommen. Nun haben sie einen Durchbruch erzielt.

(Foto: AFP/Cern)

Als Peter Higgs Mitte der 1960er Jahre den Higgs-Mechanismus entwickelte, ging es um eine Theorie, die dieses Manko des Standardmodells beseitigen sollte. Überall im Universum existiert demnach ein sogenanntes Higgs-Feld. Teilchen treten mit diesem unsichtbaren Feld in Wechselwirkung, dadurch bildet es eine Art Klumpen um das Partikel. Dieser Klumpen verleiht ihm seine Masse. "Wenn es diesen Higgs-Mechanismus nicht gäbe, hätten wir keine Substanz, wir würden uns einfach auflösen", sagte Joseph Incandela vor dem Seminar.

In einer bekannten Analogie vergleicht der britische Physiker David Miller das Higgs-Feld mit einer Cocktail-Party. Betritt eine bedeutende Persönlichkeit, beispielsweise ein bekannter Politiker, den Raum, sammelt sich schnell eine Traube anderer Gäste um ihn. Der Politiker kann sich vor lauter Menschen kaum mehr vorwärtsbewegen - ähnlich einem Teilchen mit hoher Masse, das nur mit viel Energie beschleunigt werden kann.

Doch damit ist das Bild noch nicht vollständig. Denn gibt es den Higgs-Mechanismus, dann muss es auch ein dazugehörendes Teilchen geben - das Higgs-Boson. "Die theoretischen Annahmen sagen dies voraus", sagt Guido Altarelli, theoretischer Physiker am Cern. Das Higgs-Boson entsteht demnach, wenn sich das Higgs-Feld an bestimmten Stellen verdichtet. In der Cocktail-Party-Analogie wäre das der Fall, wenn die Gäste Grüppchen bilden, weil sie beispielsweise gerade den neuesten Tratsch austauschen.

Mehr als 30 Jahre lang war das Higgs-Boson das einzige Teilchen im Standardmodell der Physik, das noch nie experimentell nachgewiesen wurde. "Seit mehr als 30 Jahren spekuliert man darüber, wo sich das Higgs-Boson verbergen könnte", sagt Altarelli. Denn man wisse zwar, dass das Higgs-Boson eine Masse habe, nicht aber, welche. In den vergangenen Jahren ist es den Physikern immerhin gelungen, den Suchbereich deutlich einzuengen.

"Bis zum Sommer 2011 wurde klar, dass Higgs-Bosonen sich nicht oberhalb einer Masse von etwa 140 Gigaelektronenvolt befinden können", berichtet Incandela. Das hätten Experimente am Teilchenbeschleuniger Tevatron Collider in den USA ergeben. In Elektronenvolt wird die Energie angegeben, die man braucht, um ein Teilchen zu beschleunigen. Da sie eng mit dessen Masse verknüpft ist, verwenden Physiker diese Einheit auch als Massenangabe für Elementarpartikel.

Ende 2011 schränkten Ergebnisse am Large Hadron Collider (LHC) des Cern die mögliche Masse des Higgs-Bosons noch weiter ein: Zwischen 116 und 127 Gigaelektronenvolt müsse sie liegen, berichteten die Cern-Forscher damals. Sie fanden sogar erste Indizien für ein Partikel mit 124 bis 126 Gigaelektronenvolt Masse. Für Sommer 2012, so kündigten sie damals an, seien weitere, eindeutigere Ergebnisse zu erwarten - und möglicherweise dann endlich der langersehnte Nachweis des Higgs-Bosons.