Der am CERN entdeckte Beweis für eine seltene Form des Higgs-Boson-Zerfalls könnte genau das sein, was Wissenschaftler brauchen, um die Existenz von Teilchen zu beweisen, die über die vom Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagten hinausgehen – zumindest indirekt.
Auf der Large Hadron Collider Physics Conference letzte Woche sagten Forscher, die an zwei CERN-Experimenten arbeiten – ATLAS und CMS –, dass ihre kombinierten Datensätze den ersten Beweis für den Zerfall eines Higgs-Bosons in ein Z-Boson (einen elektrisch neutralen Träger der schwachen Kraft) liefern ) und ein Photon.
Higgs-Bosonen zerfallen auf verschiedene Arten. Sie können sich beispielsweise in vier Elektronen oder in ein Paar der schwereren Cousins des Elektrons, Myonen, aufspalten. Es ist auch möglich, dass ein Higgs-Boson in zwei Photonen zerfällt, aber hier wird es schwierig und seltsam: Ein Higgs-Boson zerfällt nicht direkt in zwei Photonen.
Anstatt von Higgs direkt zu Photonen zu gelangen, „laufen die Zerfälle über eine dazwischenliegende ‚Schleife‘ von ‚virtuellen‘ Teilchen ab, die auftauchen und wieder verschwinden und nicht direkt erkannt werden können. Diese virtuellen Teilchen könnten neue, noch unentdeckte Teilchen umfassen, die interagieren.“ mit dem Higgs-Boson“, sagte CERN.
Wie beim Zerfall in zwei Photonen durchläuft ein Higgs-Boson, das in ein Z-Boson und ein Photon zerfällt, dieselben Schleifen virtueller und möglicherweise unentdeckter Teilchen. Aber das ist noch nicht alles: Die ATLAS/CMS-Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass das Standardmodell der Teilchenphysik, das das Higgs-Boson hätte vervollständigen sollen, tatsächlich auf Theorien hinweist, die das Standardmodell erweitern.
Dem genannten Standardmodell und dem CERN zufolge sollten etwa 0,15 Prozent der Higgs-Bosonen in ein Z-Boson und ein Photon zerfallen, aber die Daten deuten darauf hin, dass dies tatsächlich bei etwa 6,6 Prozent der vom Large Hadron Collider erfassten Zerfälle geschieht. In theoretischen Modellen, die das Standardmodell um andere Teilchen erweitern, weicht die Zerfallsrate des Higgs-Z-Bosons/Photons von den 0,15 Prozent ab, die vom Standardmodell vorhergesagt werden. Mit anderen Worten, es geschieht etwas Interessantes und möglicherweise Unentdecktes.
„Durch eine sorgfältige Kombination der einzelnen Ergebnisse von ATLAS und CMS haben wir einen Schritt vorwärts gemacht, um ein weiteres Rätsel des Higgs-Bosons zu lösen“, sagte Pamela Ferrari, Physikkoordinatorin von ATLAS.
Natürlich muss auch die Gewissheit dieser Entdeckung beurteilt werden, und sie ist nicht so sicher wie die Entdeckung des Higgs-Bosons selbst durch CERN-Wissenschaftler im Jahr 2012. Während den Beweisen für das Higgs-Boson eine statistische Signifikanz von ungefähr 5 Sigma zugeschrieben wurde Dies entspricht einer Wahrscheinlichkeit von eins zu 3,5 Millionen, dass seine Entdeckung ein Fehler war), die Entdeckung des Z-Bosons/Photonenzerfalls hat nur einen Wert von 3,4 Sigma – immer noch eine recht geringe Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine Fehlbeobachtung handelt, aber größer als die Entdeckung des Higgs-Bosons selbst .
Mit anderen Worten: Die Wissenschaft hofft weiterhin, dass weitere Higgs-Beobachtungen zur Aufklärung beitragen werden. „Diese Studie ist ein leistungsstarker Test des Standardmodells. Mit dem laufenden dritten Lauf des LHC und des zukünftigen High-Luminosity LHC werden wir in der Lage sein, die Präzision dieses Tests zu verbessern und immer seltenere Higgs-Zerfälle zu untersuchen“, sagte CMS-Physiker Koordinatorin Florencia Canelli. ®
