Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

uns ohne weiteres visuell vorstellen können. Daher möchte ich gerne einige der hervorstechenden Punkte kurz zusammenfassen. Ohne den Higgs-Mechanismus müssten wir auf vernünftige Vorhersagen bei hohen Energien oder auf Teilchenmassen verzichten. Doch beides ist für die richtige Theorie wesentlich. Die Lösung besteht darin, dass die Symmetrie zwar in den Naturgesetzen vorhanden ist, aber durch den von null verschiedenen Wert eines Higgs-Feldes spontan gebrochen werden kann. Die gebrochene Symmetrie des Vakuums gestattet, dass die Teilchen des Standardmodells von null verschiedene Massen besitzen. Da jedoch die spontane Symmetriebrechung mit einer Energie- (und Längen-)Skala verknüpft ist, sind ihre Auswirkungen nur bei niedrigen Energien relevant – der Energieskala von Elementarteilchenmassen und niedrigere Energien (und der Längenskala für die schwache Wechselwirkung und größere Abstände). Für diese Energien und Massen ist der Einfluss der Schwerkraft vernachlässigbar, und das Standardmodell (mit den berücksichtigten Massen) beschreibt korrekt die Messungen der Elementarteilchenphysik. Weil jedoch die Symmetrie in den Naturgesetzen immer noch vorhanden ist, ermöglicht es vernünftige Vorhersagen für hohe Energien. Außerdem erklärt der Higgs-Mechanismus überdies die verschwindende Masse des Photons als Ergebnis der Nichtwechselwirkung mit dem sich im gesamten Universum ausbreitenden Higgs-Feld.
    So erfolgreich diese Ideen in theoretischer Hinsicht auch sein mögen, wir müssen aber erst noch experimentelle Belege finden, die sie bestätigen. Selbst Peter Higgs hat die Bedeutung solcher Tests anerkannt. 2007 sagte er, dass er die mathematische Struktur zwar sehr befriedigend findet, aber »wenn sie nicht experimentell bestätigt wird, [handelt] es sich nur um ein Spiel. Sie muss einer Prüfung unterzogen werden«. [59]   Da wir erwarten, dass Peter Higgs’ Vorschlag tatsächlich richtig ist, sehen wir in den nächsten Jahren einer aufregenden Entdeckung entgegen. Am LHC soll der Nachweis in Form eines oder mehrerer Teilchen erbracht werden, und in der einfachsten Variante der Idee soll der Nachweis die Form des Teilchens annehmen, das als Higgs -Boson bezeichnet wird.
    Die Suche nach experimentellen Belegen
    »Higgs« bezieht sich sowohl auf eine Person als auch auf einen Mechanismus, aber auch auf ein mutmaßliches Teilchen. Das Higgs-Boson ist das fehlende Schlüsselelement des Standardmodells. [60]   Es ist der voraussichtliche Überrest des Higgs-Mechanismus, von dem wir erwarten, dass Experimente am LHC ihn finden werden. Seine Entdeckung würde theoretische Überlegungen bestätigen und uns die Gewissheit geben, dass tatsächlich ein Higgs-Feld das Vakuum durchdringt. Wir haben gute Gründe für die Überzeugung, dass der Higgs-Mechanismus im Universum am Werk ist, da niemand weiß, wie man ohne ihn eine vernünftige Theorie mit Massen von Elementarteilchen konstruieren soll. Außerdem sind wir davon überzeugt, dass gewisse Indizien dafür bald in den Energiebereichen erscheinen sollten, die der LHC gerade erkundet, und diese Belege werden wahrscheinlich das Higgs-Boson sein.
    Die Beziehung zwischen dem Higgs-Feld, das Teil des Higgs-Mechanismus ist, und dem Higgs-Boson, das ein echtes Teilchen ist, ist zwar subtil, aber hat starke Ähnlichkeit mit der Beziehung zwischen einem elektromagnetischen Feld und einem Photon. Sie können die Wirkungen eines typischen Magnetfelds fühlen, wenn Sie einen Magneten in die Nähe Ihres Kühlschranks halten, auch wenn dabei keine wirklichen Photonen erzeugt werden. Ein typisches Higgs-Feld – ein Feld, das selbst dann existiert, wenn Quanteneffekte fehlen – breitet sich durch den gesamten Raum aus und kann einen von null verschiedenen Wert annehmen, der die Massen von Teilchen beeinflusst. Aber dieser von null verschiedene Wert des Feldes kann auch dann existieren, wenn der Raum keine wirklichen Teilchen enthält.
    Wenn etwas jedoch das Feld »kitzeln« würde – d.h. wenn man ein wenig Energie zuführen würde – könnte diese Energie Schwankungen in dem Feld erzeugen, die zur Entstehung von Teilchen führen. Im Fall eines elektromagnetischen Felds wäre das entstehende Teilchen ein Photon. Im Falle des Higgs-Feldes wäre das Teilchen das Higgs-Boson. Das Higgs-Feld durchdringt den Raum und ist für die elektroschwache Symmetriebrechung verantwortlich. Das Higgs-Teilchen wird dagegen anhand eines Higgs-Felds erzeugt, in dem Energie