Vorgeschmack auf neue Physik?

Mit seltenen Zerfällen lässt sich nach Teilchen suchen, die das Standardmodell nicht beschreibt.

Die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik ist zentrales Ziel der aktuellen Forschung. Das präzise Vermessen seltener Zerfälle erlaubt es, die Effekte neuer Teilchen nachzuweisen, selbst wenn sich diese aufgrund ihrer hohen Masse an derzeitigen Beschleunigern nicht direkt erzeugen lassen.

Wir haben einen Meilenstein in unserem Verständnis der Natur erreicht“, so kommentierte der damalige CERN-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012. Ganz zu Recht, denn schließlich war damit das letzte fundamentale Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden. Unerwartet war diese Entdeckung allerdings nicht: Aus Präzisionsmessungen der Parameter der elektroschwachen Wechselwirkung, beispielsweise der Massen der W- und Z-Bosonen, ließ sich schon vor der Entdeckung die Masse des Higgs-Bosons im Standardmodell auf weniger als etwa 150 GeV beschränken. In der Tat zeigte sich die zugehörige Signatur im erwarteten Bereich bei 125 GeV.

Dies zeigt sehr anschaulich den typischen Ablauf von Entdeckungen in der Teilchenphysik: Neue Teilchen rufen in Präzisionsmessungen Effekte hervor, die nicht mit den bis dahin bekannten Teilchen zu erklären sind. Hinweise aus Präzisionsmessungen gehen im Allgemeinen den direkten Entdeckungen bis dahin unbekannter neuer Teilchen voraus. Wichtige weitere historische Beispiele sind die Entdeckung des Charm-Quarks, das nach Messungen seltener Kaon-Zerfälle vorhergesagt wurde, die Existenz einer dritten Generation von Quarks, die auf der Entdeckung der Verletzung der Materie-Antimaterie-Symmetrie in der schwachen Wechselwirkung beruht, sowie die genaue Vorhersage der Masse des Top-Quarks...

Johannes Albrecht und Christoph Langenbruch

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