10. Jahrestag der Entdeckung des Higgs-Bosons: Was haben wir aus dem „Gottesteilchen“ gelernt?

Viele Amerikaner werden heute den Geburtstag des Landes feiern, aber auch Physiker und Wissenschaftsfreaks feiern am 4. Juli den 10. Jahrestag der Entdeckung des Higgs-Bosons – auch als „Gottesteilchen“ bekannt.

Sie kennen vielleicht nicht den Physiker Peter Higgs, der erstmals in den 1960er Jahren die Existenz des neuen Teilchens vorhersagte und die Hypothese aufstellte, dass wir von einem Ozean aus Quanteninformationen umgeben sind, der als Higgs-Feld bekannt ist, aber seine mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Entdeckung macht alles andere möglich. In unserer Welt ist es möglich.

Die Existenz des Higgs-Bosons ist einer der Gründe, warum alles, was wir sehen, einschließlich uns selbst, aller Planeten und Sterne, Masse hat und existiert – weshalb es als „Gottesteilchen“ bezeichnet wird.

Das Teilchen, das Higgs und seine Physiker 1964 postulierten, konnte nur an Masse gewinnen, wenn es mit einem Feld interagierte, das das gesamte Universum durchdringt und als Higgs-Feld bekannt ist. Das heißt, wenn das Feld nicht vorhanden wäre, würden die Teilchen frei schweben und sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

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Im Gegensatz zu vielen anderen bemerkenswerten Entdeckungen kann das Higgs-Boson einfach nicht im herkömmlichen Sinne gefunden werden – es muss geschaffen werden. Einmal erstellt, wird in Daten, die am Large Hadron Collider am CERN gesammelt wurden, nach Beweisen für seinen Zerfall gesucht.

Im größten Teilchenbeschleuniger der Welt – wo Protonen in einem riesigen, 27 Kilometer langen, rennstreckenähnlichen Tunnel 300 Fuß unter der Erde an der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zusammengeschmettert werden – wussten Wissenschaftler, dass sie Beweise dafür gefunden hatten. sein Verfall im Jahr 2012.

Viele Technologien – im Gesundheitswesen, in der Industrie und in der Computertechnik – wurden in dem Jahrzehnt entwickelt, seit das Higgs-Boson erstmals beobachtet wurde.

Seit seiner Entdeckung am 4. Juli 2012 haben Physiker analysiert, wie das Higgs-Boson mit anderen Teilchen interagiert, um zu sehen, ob es dem sogenannten Standardmodell der Physik entspricht.

Die Existenz des Higgs-Bosons, eines subatomaren Teilchens, das das Trägerteilchen des Higgs-Felds darstellt, wurde erstmals 1964 vom britischen Physiker Peter Higgs vorgeschlagen. Oben abgebildet ist Higgs, der den Nobelpreis für Physik für die Behauptung der Existenz des Higgs-Bosons erhielt , am CERN im Juli 2012

Das Standardmodell ist eine heuristische Theorie, die drei der vier Hauptkräfte des Universums erklärt – Elektromagnetismus, die schwache Kraft und die starke Kraft –, aber die Schwerkraft ausschließt.

Es gibt andere Aspekte unseres Universums, wie dunkle Materie und dunkle Energie, die noch durch das Standardmodell erklärt werden müssen.

Wissenschaftler haben untersucht, wie das Higgs-Boson mit anderen Teilchen interagiert und was sogenannte „Kopplungen“ hervorrufen können – dies gelang durch zahlreiche Experimente und die Analyse vieler Daten.

Bis 2018 stellten Wissenschaftler fest, dass 58 % der Higgs-Bosonen in b-Quarks zerfallen, die auch als Beauty- oder Bottom-Quarks bekannt sind.

Obwohl CERN das Zentrum des Geschehens war, wenn es um das Higgs-Boson geht, wissen nicht viele Menschen, dass die Vereinigten Staaten einst den größten Teilchenbeschleuniger der Welt beheimatet hätten – genannt Tevatron.

Ein in den 1980er Jahren für einen Standort tief unter Waxahachie, Texas, geplanter Teilchenbeschleuniger wäre 87 Kilometer lang gewesen und hätte die Fähigkeit gehabt, Protonen mit höheren Energieniveaus zusammenzuschlagen, als dies derzeit am CERN möglich ist.

Eine Kombination aus bürokratischem Unbehagen angesichts der Kosten des Projekts und Unbehagen unter Gelehrten und religiösen Menschen gleichermaßen über den Ausdruck „Gottesteilchen“ führte jedoch 1993 zur Einstellung des Projekts.

CERN, gegründet am 29. September 1954, ist der Mittelpunkt einer Gemeinschaft von 10.000 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt und ist auch die Geburtsstätte des World Wide Web. Es hat 23 Mitgliedsstaaten, aber die Vereinigten Staaten haben nur Beobachterstatus beim CERN – was bedeutet, dass sie nicht Teil des CERN-Vorstands sind, der wichtige Entscheidungen über seine Wissenschaft trifft.

2012 gewannen Higgs und sein Mitarbeiter Francois Englert den Preis Nobelpreis Für „die theoretische Entdeckung des Mechanismus, der zu unserem Verständnis des Ursprungs der Masse subatomarer Teilchen beiträgt.“

Es gibt noch viele Fragen, die Wissenschaftler am CERN in den kommenden Jahren und Jahrzehnten beantworten wollen.

Was kann uns das Higgs-Boson über die Anfänge unseres Universums sagen?

Können Dunkle Materie und Dunkle Materie, die 68 bzw. 27 Prozent des Universums ausmachen, durch Wechselwirkungen mit dem Higgs-Boson gefunden werden?

Ist es möglich, mikroskopisch kleine Schwarze Löcher zu öffnen und könnte eines Tages Energie durch sie gezogen werden?

Können wir mehr Informationen über b oder Beauty-Quarks enthüllen und welche Bedeutung haben sie für die Singularität?

Was können wir über die M-Theorie lernen, die postuliert, dass es statt nur drei Dimensionen von Raum und Zeit tatsächlich mindestens 11 Dimensionen geben könnte, die nicht aus den uns bekannten Teilchen bestehen, sondern aus winzigen Schwingungsketten, die alle miteinander interagieren.

Der Start von Run 3 für den Large Hadron Collider wird übertragen Er lebt Auf allen CERN-Social-Media-Kanälen ab Dienstag, 5. Juli, 16 Uhr.

Am besten stellt man sich das Higgs-Feld als ein Energie- oder Informationsfeld vor, das alles um uns herum durchdringt. Das obige Bild ist eine vom CERN herausgegebene technische Ansicht dieses Feldes

Der Physiker Peter Higgs vermutete erstmals 1964 die Existenz des Higgs-Feldes und des Higgs-Bosons. Das obige Bild ist die wissenschaftliche Arbeit, in der er diesen Zustand demonstrierte

CERN ist eine der weltweit größten wissenschaftlichen Einrichtungen und beherbergt mehr als 2.000 Wissenschaftler, die an vielen Physikprojekten arbeiten. Das obige Bild zeigt eine Reihe von LHC-Dipolmagneten in einem Tunnel am Ende der zweiten langen Abschaltung, als die Anlage am CERN für einige Jahre aufgerüstet wurde, damit Protonen am 3. Juli in viel höheren Energiebereichen zusammengestoßen werden konnten Anlaufen

Zukünftige Experimente am CERN werden versuchen, Geheimnisse wie dunkle Materie und dunkle Energie zu enträtseln. Oben abgebildet, eine Reihe von Dipolmagneten in einem Tunnel am Large Hadron Collider des CERN