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Higgs-Bosonen - Prof. Thomas Müller

Higgs-Bosonen - Prof. Thomas Müller
   

Das Higgs-Teilchens ist gefunden, doch seine genaue Vermessung wird die Physik noch lange beschäftigen. Zudem ist das Rätsel der Dunklen Materie weiterhin ungelöst. Physikerinnen und Physiker des KIT sind diesen Fragen mit den Experimenten am Europäischen Kernforschungszentrum CERN auf der Spur.

Auf der Suche nach dem Higgs-Teilchen

Prof. Thomas Müller, IEKP und KCETA
Prof. Thomas Müller, IEKP und KCETA

In kleinsten und größten Dimensionen bewegt sich die Forschung des KIT-Centrum für Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik (KCETA). Die Wissenschaftler untersuchen hochenergetische Strahlen aus den Weiten des Weltalls genauso wie die Elementarteilchen als fundamentale Bausteine der Materie. Eines von diesen interessiert sie besonders: das Higgs-Teilchen, vor etwa 60 Jahren zuerst von Theoretikern vorhergesagt. Nach einer zwanzigjährigen Entwicklungs- und Bauphase des Riesenbeschleunigers LHC am CERN mitsamt den angeschlossenen Detektoren konnte seine Entdeckung im Jahr 2012 verkündet werden, gefolgt von der Auszeichnung der Theorie mit dem Physik-Nobelpreis des Jahres 2013. An allen Phasen des Projektes waren und sind Physikerinnen und Physiker des KIT maßgeblich beteiligt.

Der Leiter der Karlsruher Aktivitäten, Prof. Thomas Müller, erklärt: „Wir sind einem der wichtigsten Ziele der Wissenschaft ein ganzes Stück näher gekommen: Verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält! Nun prüfen wir, ob sich das gefundene Teilchen konsistent in das Standardmodell der Teilchenphysik einfügt.“

Um das Higgs-Boson näher kennenzulernen und besser zu verstehen, und um in anderen Fragen der Elementarteilchenphysik neue Erkenntnisse zu gewinnen, muss der Beschleuniger aufgerüstet werden. Der LHC und seine Experimente wurden daher nach Beendigung der Datennahme bis 2013 für Umbaumaßnahmen und Wartungsarbeiten stillgelegt. Ab Juli 2015 wird der Betrieb dann bei fast doppelter Energie und bis zu zehnfacher Intensität wieder aufgenommen. Alle beteiligten Wissenschaftler erwarten die kommende, zweite Periode der mehrjährigen Datennahme mit großer Spannung.

Die Natur hat nämlich am LHC noch längst nicht alle Geheimnisse preisgegeben. So ist eine der wichtigsten Fragen, die Beschaffenheit der Dunklen Materie im Universum, weiterhin ungeklärt. Ein besonders plausibles Modell postuliert die Existenz einer weiteren Gruppe von sehr schweren Elementarteilchen, die mit Ausnahme ihrer leichtesten Vertreter schon kurz nach der Entstehung des Universums wieder zerfallen sind. Diese Theorie, vom ehemaligen Karlsruher Theoretiker Julius Wess vorgeschlagen, wird Supersymmetrie (kurz SUSY) genannt. Nach den bisher noch nicht beobachteten Teilchen dieser Theorie wird in den kommenden Jahren weiter fieberhaft gesucht werden.

„Diese Suche gleicht der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen, wobei selbst die Existenz der Nadel bislang nur eine Theorie ist,“ erläutert Thomas Müller die enorme Aufgabe, vor der die Wissenschaftler stehen. Dunkle Materie würde im Rahmen der SUSY-Theorie aus den Zerfällen von schwereren „supersymmetrischen“ Teilchen hervorgehen, die paarweise in Strahlkollisionen am Large Hadron Collider entstehen können. Mit hochauflösenden Detektoren könnten diese Zerfallsprodukte nachgewiesen und durch sie auf die Existenz besagter Teilchen geschlossen werden. Der gesuchte Vorgang wäre allerdings extrem selten, weshalb die Detektoren vor der besonderen Herausforderung stehen, sie aus dem Wust an Kollisionsereinissen herauszupicken.

Am Bau und Betrieb eines der haushohen Detektoren, dem Compact Muon Solenoid CMS, ist das Karlsruher Institut für Technologie beteiligt: „CMS ist einer der beiden großen Allzweckdetektoren am LHC. Unser Fokus lag auf dem Bau des Siliziumstreifendetektors, mit dem man sehr präzise die Bahnen geladener Teilchen vermessen kann, wie sie etwa bei den Zerfällen von Higgs-Bosonen entstehen,“ erklärt Thomas Müller.

 

Der Presseservice des KIT stellt gern Kontakt zwischen Journalisten und Prof. Thomas Müller her.

 

Fotonachweis:
Grafik: KCETA, KIT
Foto Prof. Thomas Müller: Markus Breig, KIT