Woher wusste man, wie Higgsteilchen entstehen?

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3 Antworten

Elementarteilchen sich kleine Pakete von Energie, die auf nur zweierlei Art entstehen können:

  • Erstens können sie paarweise - als Teilchen und Antiteilchen - rein zufällig aus dem Vakuum auftauchen (Stichwort: Quantenfluktuation).
  • Zweitens können sie entstehen, wenn zwei miteinander kollidierende Elementarteilchen so aufeinander treffen, dass sie - als Portionen von Energie - zu einer einzigen Energieportion verschmelzen, die sich dann fast immer sofort wieder in mehrere, in viele oder gar in sehr viele einzelne zerlegt.

Die im CERN nachgewiesenen Higgsteilchen entstanden durch die zweite dieser Möglichkeiten: Man hat Protonen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann zusammenkrachen lassen. Die Summe je zwei derart miteinander kollidierender Protonen hat sich dann in jeweils viele einzelne, meist extrem kurzlebige Elementarteilchen unterschiedlichster Art zerlegt - und einige dieser so entstandenen Teilchen (nur extrem wenige) sind dann als die gesuchten Higgs-Teilchen erkannt worden.

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Kommentar von grtgrt
22.02.2017, 20:27

Auf Seite http://www.weltmaschine.de/news/21112011/ liest man:

Für die Fahndung nach dem Higgs-Teilchen schießt der LHC nahezu lichtschnelle Protonen mit zuvor unerreichter Energie aufeinander. Aus der geballten Energie der Kollision entsteht ein Regen von Folgeteilchen. In weniger als einem Milliardstel der Fälle ist dem Standardmodell zufolge darunter auch ein Higgs-Teilchen. Das lässt sich jedoch nicht direkt nachweisen, sondern nur über seine Zerfallsprodukte. Da es je nach seiner Masse in ganz unterschiedliche andere Teilchen zerfallen kann, ist die Suche sehr aufwendig.

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Kommentar von violinyay
24.05.2017, 12:38

Tolle Antwort. Vielen Dank

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die theorie sagte ganz klar vorraus welche eigenschaften das higgs hat und wie es mit anderen teilchen wechselwirkt, WENN es denn existiert (das wusste man damals wirklich nicht. heute wissen wir es).

man hat ja nicht einfach gesagt: "so, jetzt führen wir mal irgendein neues teilchen ein, ohne zu wissen was es tut und was es ist und was das eigentlich soll".

dieses teilchen war eine konsequenz aus einem ganz bestimmten modell, und damit es mit allen anderen bis dahin gemachten beobachtungen und theorien zusammen stimmte, musste es eben ganz bestimmte eigenschaften haben. sonst hätte es schon im vorhinein widersprüche gegeben.

deshalb war, wenn man diesem modell geglaubt hat, alles bis auf die masse über das higgs schon vorher bekannt. daher können wir auch heute sagen, dass das 2012 entdeckte teilchen wirklich einem higgs entspricht, denn wir können alle (oder die meisten, für manche bräuchte man neue beschleuniger) diese vorhergesagten eigenschaften im experiment testen.

so ist z.B. eine direkte konsequenz der theorie, dass die stärke der wechselwirkung der teilchen mit dem higgs direkt proportional zu deren masse ist. das ist z.B. eine vorhersage die man im experiment testen kann (und die resultate stimmen sehr gut mit der theorie überein).

wenn wir das nicht könnten, dann könnten wir nicht sagen wir hätten das higgs gefunden, sondern wir könnten nur sagen wir hätten irgendein neues teilchen gefunden.

und weil die genaue art der wechselwirkung mit allen anderen teilchen eben schon in der theorie festgelegt ist und bekannt war, wusste man auch wie man es erzeugen kann und man wusste sogar, dass der LHC dazu in der lage ist es in ausreichenden mengen zu produzieren, um es nachzuweisen, wenn es existiert. das war ein großer vorteil, denn man wusste dass wenn der LHC kein higgs findet, dass diese theorie dann in der tat ausgeschlossen werden kann. damit konnte der LHC im bezug auf das higgs sein ziel gar nicht verfehlen, sondern es war klar dass er die frage nach der existenz des higgs auf jeden fall eindeutig beantworten kann, mit entweder "ja" oder "nein". da sind wir heute im bezug auf neue theorien jenseits des standardmodells leider in einer viel unglücklicheren lage....

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Das Teilchen, das man heute nach Higgs bezeichnet, wurde von diesem Herrn Higgs vor Jahrzehnten "vermutet", weil man mit einem solchen Teilchen die "Masse" von Elementarteilchen auf eine neue Art erklären könnte, die in der Theorie eine faszinierende neue Sichtweise ergeben würde. Auch andere Teilchen wurden schon früher auf ähnliche Weise zuerst von Theoretikern "ausgedacht" und erst viel später wirklich in der realen Physik aufgefunden.

Die Suche nach dem "Higgs- Boson" erwies sich als sehr schwierig, da man zuerst seine vermutlichen Eigenschaften nur sehr grob einschätzen konnte und weil es extrem hohe Energiekonzentrationen in dem Experiment am CERN erforderte, um ihm schließlich auf die Spur zu kommen. Dementsprechend wurde dann der experimentelle Erfolg nach Jahrzehnten der Suche auch ganz gehörig gefeiert.

Um die Einzelheiten zu verstehen, muss man Physik studieren !

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Kommentar von rumar
20.02.2017, 21:37

Hallo violinyay

Leider konnte ich deine eigentliche Frage nicht wirklich beantworten. Zwar habe ich neben Mathematik auch Physik studiert, aber über jenen Bereich der Physik, den man zum Verständnis der Elementarteilchenphysik der letzten Jahrzehnte braucht, weiß ich nicht wirklich Bescheid.

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Kommentar von Reggid
20.02.2017, 22:02

Das Teilchen, das man heute nach Higgs bezeichnet, wurde von diesem Herrn Higgs vor Jahrzehnten "vermutet",

lustigerweise hat er das gar nicht.

er (und einige andere Brout/Englert/Hagen/Gueralnik/Kibble) arbeiteten an etwas anderem, aber derselbe mechanismus wurde später zur beschreibung der elektroschwachen wechselwirkung von anderen aufgegriffen.

"das" higgs-teilchen des standardmodells das jahrzehntelang gesucht und vor ein paar jahren gefunden wurde, das hat Higgs nicht vorhergesagt.

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