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

vorhanden ist – wie z.B. am LHC. Der Beleg dafür, dass das Higgs-Feld existiert, besteht einfach darin, dass Elementarteilchen eine Masse haben. Die Entdeckung eines Higgs-Bosons am LHC (oder irgendwo anders, wo es erzeugt werden könnte) würde unsere Überzeugung bestätigen, dass der Higgs-Mechanismus der Ursprung für diese Masse ist.
    Manchmal wird das Higgs-Boson von der Presse das »Gott-Teilchen« genannt, wie auch von vielen anderen, die diesen Namen faszinierend zu finden scheinen. Reporter mögen diesen Ausdruck, weil er Aufmerksamkeit auf sich zieht, was auch der Grund für den Physiker Leon Lederman war, ihn überhaupt erstmals zu verwenden. Aber der Ausdruck ist nur ein Wort. Das Higgs-Boson wäre zwar eine bemerkenswerte Entdeckung, aber keine, deren Namen man missbrauchen sollte.
    Obwohl es übermäßig theoretisch klingen mag, ist doch die Logik, die für die Existenz eines neuen Teilchens spricht, das die Rolle des Higgs-Bosons spielt, sehr gut fundiert. Zusätzlich zu der oben erwähnten theoretischen Rechtfertigung verlangt es die Vereinbarkeit der Theorie mit massiven Teilchen des Standardmodells. Angenommen, nur massehaltige Teilchen würden zur grundlegenden Theorie gehören, es gäbe aber keinen Higgs-Mechanismus, um die Masse zu erklären. In diesem Fall wären, wie im vorangehenden Teil dieses Kapitels erklärt wurde, Vorhersagen der Wechselwirkungen von Hochenergie-Teilchen unsinnig – und würden sogar Wahrscheinlichkeiten nahelegen, die größer als Eins sind. Natürlich glauben wir nicht an diese Vorhersage. Das Standardmodell muss ohne zusätzliche Strukturen unvollständig sein. Die Einführung zusätzlicher Teilchen und Wechselwirkungen ist der einzige Ausweg.
    Eine Theorie mit einem Higgs-Boson vermeidet die Probleme bei hohen Energien auf elegante Weise. Die Wechselwirkungen mit dem Higgs-Boson ändern nicht nur die Vorhersage für Wechselwirkungen bei hohen Energien, sondern sie schließen genau das unerwünschte Verhalten bei diesen Energien aus. Das ist natürlich kein Zufall. Genau das ermöglicht der Higgs-Mechanismus. Wir wissen zwar noch nicht sicher, ob wir die wirkliche Realisierung des Higgs-Mechanismus in der Natur richtig vorhergesagt haben, aber die Physiker sind ziemlich zuversichtlich, dass eines oder mehrere neue Teilchen auf der Skala der schwachen Kraft erscheinen sollten.
    Anhand dieser Überlegungen wissen wir, dass dasjenige, was die Theorie rettet, ob es sich nun um neue Teilchen oder Wechselwirkungen handelt, nicht übermäßig schwer sein kann oder nur bei zu hoher Energie auftritt. Ohne zusätzliche Teilchen würden sich bereits bei Energien von etwa 1 TeV fehlerhafte Vorhersagen zeigen. Das Higgs-Boson (oder etwas, das dieselbe Rolle spielt) sollte also nicht nur existieren, sondern es sollte auch leicht genug sein, damit der LHC erfinden kann. Genauer gesagt stellt sich heraus, dass das Standardmodell unmögliche Vorhersagen für Wechselwirkungen bei hohen Energien machen würde, falls das Higgs-Boson nicht weniger als ungefähr 800 GeV hat.
    Tatsächlich erwarten wir, dass das Higgs-Boson noch viel leichter ist. Aktuelle Theorien begünstigen ein relativ leichtes Higgs-Boson – die meisten theoretischen Anhaltspunkte deuten auf eine Masse hin, die kaum höher ist als die aktuelle Massegrenze der LEP-Experimente aus den 1990er Jahren, die bei 114 GeV liegt. Das war das massereichste Higgs-Boson, das das LEP möglicherweise hätte erzeugen und feststellen können, und viele Leute glaubten, dass sie kurz vor seiner Entdeckung standen. Die meisten Physiker erwarten heute, dass die Masse des Higgs-Bosons ganz nahe an diesem Wert liegt und dass es wahrscheinlich nicht schwerer als etwa 140 GeV ist.
    Das stärkste Argument für diese Erwartung eines leichten Higgs-Bosons beruht auf experimentellen Daten, die nicht bloß bei der Suche nach dem Higgs-Boson, sondern auch bei Messungen anderer Größen des Standardmodells gewonnen wurden. Die Vorhersagen des Standardmodells stimmen mit den Messungen außergewöhnlich gut überein, und selbst kleine Abweichungen könnten diese Übereinstimmung stören. Das Higgs-Boson trägt durch Quanteneffekte zu den Vorhersagen des Standardmodells bei. Wenn es zu schwer ist, wären diese Effekte zu groß, um eine Übereinstimmung zwischen den theoretischen Vorhersagen und den Daten zu erreichen.
    Erinnern Sie sich daran, dass uns die Quantenmechanik sagt, dass virtuelle Teilchen zu jeder Wechselwirkung einen Beitrag