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Die Jagd nach dem Higgs-Teilchen

CAMBRIDGE, MASS.: Vor 50 Jahren sah sich die Teilchenphysik mit einer unerwarteten Herausforderung konfrontiert: Ihre besten mathematischen Modelle konnten zwar einige der Naturkräfte erklären, die die Struktur und das Verhalten von Materie auf einer grundlegenden Ebene erklären – z.B. den Elektromagnetismus und die schwache nukleare Kraft, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich ist. Aber die Modelle funktionierten nur, sofern die Teilchen im Inneren der Atome keine Masse hatten. Aber wie könnten sich riesige Zusammenballungen dieser Teilchen – Proteine, Menschen, Planeten – verhalten, wie sie es eben tun, wenn ihre Bestandteile nichts wögen?

Einige Physiker umgingen das Problem auf clevere Weise. Sie postulierten die Existenz eines Teilchens, das noch nie nachgewiesen worden war; es wurde letztlich zu Ehren des britischen Physikers Peter Higgs als Higgs-Teilchen bezeichnet. Ein halbes Jahrhundert lang suchten die Physiker nach diesem nicht zu fassenden Teilchen. Nun, nach Arbeiten im CERN-Labor, dem weitläufigen Forschungszentrum für Teilchenphysik in der Nähe von Genf, sieht es aus, als ginge die Suche ihrem Ende entgegen.

Auf den ersten Blick scheint die Idee, die dem Higgs-Teilchen zugrunde liegt, weit hergeholt. Higgs und seine Kollegen gingen davon aus, dass jedes Elementarteilchen tatsächlich keine Masse hat, ganz wie die mathematischen Modelle dies verlangen, und dass daher alle Teilchen normalerweise mit Lichtgeschwindigkeit herumschwirren müssten. Was aber wäre, wenn alles um uns herum – jedes einzige Teilchen im Universum – in ein enormes Meer aus Higgs-Teilchen eingetaucht wäre? Die meisten Arten von Teilchen würden dann, wenn sie sich von Punkt A nach Punkt B bewegen, beständig jedes Mal gegen Higgs-Teilchen stoßen, was ihre Bewegung verlangsamen würde. Wenn wir sie beobachten, scheinen sie bummelnd daherzukommen wie Urlauber beim Einkauf in einem überfüllten Laden. Und aufgrund dieser langsamen Bewegungen gehen wir davon aus, dass sie eine Masse haben.

Eine 50 Jahre lange Suche nach einem hypothetischen Teilchen, das an ein bizarres Märchen erinnert, mag nach einer ziemlichen Donquichotterie aussehen, aber das Higgs-Teilchen steht im Mittelpunkt des „Standardmodells“ der Teilchenphysik. Jede experimentelle Überprüfung des Modells hat bisher den theoretischen Erwartungen entsprochen. In einigen frappierenden Fällen erstreckte sich die Übereinstimmung zwischen Vorhersage und Messung auf zwölf Dezimalstellen, was das Standardmodell zur präzisesten naturwissenschaftlichen Theorie der menschlichen Geschichte macht. Das Modell erklärt erfolgreich drei von vier der grundlegenden Naturkräfte; nur die Schwerkraft bleibt außen vor.