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

könnte man relativ leicht sehen.
    Wie jedoch schon zuvor dargelegt wurde, sagt uns die Theorie in Kombination mit experimentellen Daten zum Standardmodell, dass das Higgs-Boson wahrscheinlich so leicht ist, dass es nicht in schwache Eichbosonen zerfallen wird. Am häufigsten wäre hier ein Zerfall in ein Bottom-Quark in Kombination mit seinem Antiteilchen – dem Bottom-Antiquark (siehe Abbildung 53) –, und dieser Zerfall ist schwierig zu beobachten. Ein Problem besteht darin, dass beim Zusammenstoß von Protonen eine Menge stark wechselwirkender Quarks und Gluonen erzeugt werden. Und diese können leicht mit der kleinen Anzahl von Bottom-Quarks verwechselt werden, die aus einem hypothetischen Zerfall eines Higgs-Bosons hervorgehen. Darüber hinaus werden so viele Top-Quarks am LHC erzeugt werden, dass ihr Zerfall in Bottom-Quarks das Higgs-Signal ebenfalls verdecken wird. Theoretiker und Experimentalphysiker arbeiten eifrig daran, um herauszufinden, ob es irgendeine Möglichkeit gibt, den Bottom-Antibottom-Endzustand des Higgs-Zerfalls nutzbar zu machen. Aber auch dann ist dieser Zerfallsmodus trotz der höheren Rate wahrscheinlich nicht die vielversprechendste Möglichkeit, das Higgs-Teilchen am LHC zu entdecken – obwohl Theoretiker und Experimentalphysiker wahrscheinlich Wege finden werden, um daraus Kapital zu schlagen.

Abb. 53: Ein leichtes Higgs-Boson wird in erster Linie in Bottom-Quarks zerfallen.
    Die Experimentalphysiker müssen also alternative Endzustände von Higgs-Zerfallsprozessen untersuchen, auch wenn diese weniger häufig auftreten werden. Die vielversprechendsten Kandidaten sind Tau-Antitau oder ein Photonenpaar. Erinnern Sie sich daran, dass Taus die schwersten der drei Arten geladener Leptonen sind und die schwersten Teilchen überhaupt, in die ein Higgs-Boson zerfallen kann, wenn man von Bottom-Quarks absieht. Die Zerfallsrate in Photonen ist zwar viel kleiner – Higgs-Bosonen zerfallen nur durch virtuelle Quanteneffekte in Photonen –, aber Photonen lassen sich relativ leicht feststellen. Obwohl dieser Zerfallsmodus eine Herausforderung darstellt, werden Experimente bei hinreichend vielen Zerfallsprozessen von Higgs-Bosonen dazu in der Lage sein, die Eigenschaften von Photonen so gut zu messen, dass sie tatsächlich das Higgs-Boson identifizieren können, das in sie zerfällt.
    Wegen der entscheidenden Bedeutung, die der Entdeckung des Higgs-Teilchens zukommt, verfolgen sowohl CMS als auch ATLAS hochentwickelte und sorgfältige Suchstrategien, um Photonen und Taus zu finden, und in beiden Experimenten wurden die Detektoren mit Blick auf die Entdeckung der fraglichen Higgs-Bosonen konstruiert. Die elektromagnetischen Kalorimeter, die in Kapitel 13 beschrieben wurden, sind entworfen worden, um sorgfältig Photonen zu messen, während die Myonendetektoren bei der Registrierung von Zerfallsprozessen der noch schwereren Taus helfen. Zusammengenommen erwartet man von diesen Zerfallsmodi die Begründung der Existenz des Higgs-Bosons, und sobald genügend Higgs-Bosonen festgestellt sind, werden wir von ihren Eigenschaften erfahren.
    Sowohl die Produktion als auch der Zerfall stellen Herausforderungen für die Entdeckung von Higgs-Bosonen dar. Aber Theoretiker und Experimentalphysiker sowie der LHC selbst sollten alle dieser Herausforderung gewachsen sein. Die Physiker hoffen, dass wir in wenigen Jahren in der Lage sein werden, die Entdeckung des Higgs-Bosons zu feiern und mehr über seine Eigenschaften zu erfahren.
    Higgs-Sektoren
    Wir erwarten also, dass wir das Higgs-Boson bald finden. Im Prinzip könnte es schon beim ersten Lauf des LHC bei der Hälfte der beabsichtigten Energie erzeugt werden, da diese mehr als ausreichend dafür ist. Wir haben jedoch gesehen, dass das Higgs-Boson nur in einem kleinen Bruchteil von Fällen aus Zusammenstößen von Protonen erzeugt werden wird. Das bedeutet, dass Higgs-Teilchen nur dann erzeugt werden, wenn es viele Protonenzusammenstöße gibt – was einer großen Luminosität entspräche. Die ursprüngliche Zahl von Zusammenstößen, die geplant war, bevor der LHC anderthalb Jahre lang abgeschaltet wurde, um ihn für seine Zielenergie zu präparieren, war höchstwahrscheinlich zu klein, um genügend viele sichtbare Higgs-Bosonen herzustellen, aber der Plan, dass der LHC bis 2012 laufen soll, bevor er ein Jahr lang abgeschaltet wird, könnte den Zugang zu dem schwer zu fassenden Higgs-Boson ermöglichen. Wenn der LHC mit voller Leistung läuft,