Zwei Halbe und ein Higgs

  • 23. June 2014

Nun auch Higgs-Zerfall in Fermionen nachgewiesen: Bestätigung für Standardmodell.

Wissenschaftlern des CMS-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) am CERN ist es erstmals gelungen, den direkten Zerfall des Higgs-Teilchens in Fermionen nachzuweisen. Bislang konnte das Higgs-Teilchen nur durch den Zerfall in Bosonen nachgewiesen werden. „Wir sind damit einen wichtigen Schritt weiter gekommen“, erklärt Vincenzo Chiochia vom Physik-Institut der Universität Zürich (UZH), dessen Gruppe an der Auswertung der Daten mitgearbeitet hat. „Wir wissen nun, dass das Higgs-Teilchen sowohl in Bosonen, wie auch in Fermionen zerfallen kann. Damit können wir gewisse Theorien ausschließen, die davon ausgingen, dass das Higgs-Teilchen nur in bestimmte Arten von Teilchen zerfällt.“

Der Compact-Muon-Solenoid-Detektor

Abb.: Der Compact-Muon-Solenoid-Detektor (Bild: D. Salvagnin / CMS@CERN)

Gemäß dem Standardmodell der Teilchenphysik muss sich die Stärke der Wechselwirkung der Fermionen mit dem Higgs-Feld proportional zu ihrer Masse verhalten. „Diese Voraussage wurde bestätigt“, so Chiochia. „Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass sich das 2012 entdeckte Teilchen tatsächlich wie das in der Theorie postulierte Higgs-Teilchen verhält.

Die Wissenschaftler analysierten die Daten, die von 2011 bis 2012 am LHC anfielen. Sie kombinierten dabei die Auswertungen zu Zerfällen des Higgs-Teilchens in Bottom-Quarks und in Tau-Leptonen, beides Fermionen. Die Ergebnisse zeigten, dass es im Masse-Bereich des Higgs-Teilchens von 125 Gigaelektronenvolt zu einer Häufung dieser Zerfälle kommt, und zwar mit einer Signifikanz von 3,8 Sigma. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit, dass die Häufung allein auf Grund zufälliger Hintergrundprozesse zustande kommt, liegt bei etwa eins zu 14.000. In der Teilchenphysik geht man ab einer Signifikanz von 5 Sigma von einer bestätigten Entdeckung aus.

Untersucht wurden drei verschiedene Zerfallsprozesse, wobei die Wissenschaftler der Universität Zürich den Zerfall des Higgs-Teilchens in Taus analysierte. Die Bottom-Quarks und Taus haben eine genügend lange Lebensdauer, damit sie im Pixel-Detektor des CMS-Experiments direkt gemessen werden können. [Ergänzung, 30.6.:] Diese Analyse bestätigt erste Ergebnisse der internationalen CMS- und ATLAS-Teams, die diese Ende 2013 auf einer Konferenz vorgestellt hatten.

U. Zürich / DE

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