Higgs-Boson

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Das Higgs-Boson oder Higgs-Teilchen ist ein hypothetisches Elementarteilchen, das im Standardmodell der Elementarteilchenphysik vorhergesagt wird. Im Standardmodell ist die Masse der Elementarteilchen keine grundlegende Eigenschaft ihrer selbst, sondern entsteht erst durch den Higgs-Mechanismus:

1964 entwickelte der britische Physiker Peter Higgs einen Mechanismus, durch den zunächst masselose Teilchen durch Wechselwirkung mit einem Hintergrundfeld (dem Higgs-Feld) massiv werden. Ursprünglich im Rahmen der Festkörperphysik entwickelt, wurde das gleiche Prinzip auf die Elementarteilchenphysik übertragen. Interessant dabei ist, dass eine ursprünglich als fundamental angesehene Eigenschaft (eben die Masse) der Teilchen sich nunmehr als "Nebeneffekt" einer Wechselwirkung darstellt. Dass Masse durch Wechselwirkung entsteht, ist dabei nicht nur auf den Higgs-Mechanismus beschränkt; tatsächlich beruht der größte Teil der Masse unserer Alltagswelt nicht auf dem Higgs-Effekt, sondern auf der starken Wechselwirkung zwischen den Quarks in den Nukleonen des Atomkerns (die Masse der Quarks macht nur einen kleinen Anteil der Masse eines Atomkerns aus).

Das Higgs-Teilchen hat keine elektrische Ladung und den Spin 0, ist somit ein Boson. Aktuellen Berechnungen (2006) zu Folge liegt seine Masse wahrscheinlich zwischen 117 Gigaelektronenvolt (GeV) und 251 GeV (Protonen und Neutronen haben ca. 1 GeV). Für den Fall, dass im Bereich bis 200 GeV kein Higgs gefunden wird, gibt es Theorien, die ein Higgs-Multiplett vorhersagen, welches auch bei höheren Energien realisiert sein könnte. Das Higgs-Feld koppelt an die anderen Teilchen, wobei die Stärke dieser sogenannten Yukawa-Kopplung proportional zur Masse des Teilchens ist. Die Wechselwirkung des Higgs-Feldes mit den ursprünglich masselosen Zuständen, die durch diese Wechselwirkung massiv werden, ist dabei Yukawa-artig (kurzreichweitig wegen der Abhängigkeit von der Masse) und gravitativer Art (d.h. man kann eine Poisson-Gleichung daraus ableiten).

Das Higgs-Boson ist das einzige Teilchen des Standardmodells, das experimentell noch nicht nachgewiesen werden konnte. Ursache ist vermutlich seine vergleichsweise hohe Masse, aufgrund derer es mittels bestehender Elementarteilchenbeschleuniger nicht erzeugbar ist. Elementarteilchenphysiker hoffen, mit dem 2007 (geplant) in Betrieb gehenden LHC am CERN das Higgs-Boson herzustellen. Der im Augenblick höchstenergetische Teilchenbeschleuniger Tevatron am Fermilab konnte das Higgs-Boson bisher ebenfalls nicht nachweisen, allerdings besteht noch die Hoffnung eine Evidenz nachweisen zu können oder zumindest den erlaubten Parameterbereich signifikant einzuschränken. Am LEP (ebenfalls am CERN) konnte das Higgs-Boson nicht nachgewiesen werden. Daher kann die derzeitige experimentelle Untergrenze für die Masse des Higgs-Bosons mit 114.1 (2006) GeV angegeben werden. Aus Messungen der Top-Quark-Masse ergibt sich eine Obergrenze (bei Annahmen des Standardmodells) von 166 GeV (ICHEP2006).