Physikalisches Kolloquium: Von der Vorhersage bis zur Entdeckung des Higgs-Teilchens

Wolfgang Lohmann von DESY Zeuthen und Goetz Seibold von der BTU beleuchten im Vortrag den Higgs Mechanismus, der die entscheidende Ergänzung von Eichtheorien dargestellt. Der Entdeckung des Higgs Bosons in zwei Experimenten am CERN im Jahre 2012 waren Jahrzehnte der Entwicklung neuer Technologien für Beschleuniger und Detektoren vorausgegangen. Die Meilensteine auf dem Weg zum Erfolg werden ebenfalls vorgestellt.

Der Nobelpreis für Physik wurde 2013 an die Physiker Francois Englert und Peter Higgs für - so die Jury - "die theoretische Entdeckung eines Mechanismus, welcher zu unserem Verständnis des Ursprungs der Masse subatomarer Teilchen beiträgt und welcher kürzlich durch die Entdeckung des vorhergesagten fundamentalen Teilchens an den ATLAS und CMS Experimenten am CERN Large Hadron Collider bestätigt wurde", vergeben.

Historisch wurde dieser in den 1960-er Jahren entwickelte Higgs-Mechanismus von Prinzipien aus der Theorie der Supraleitung beeinflusst, einem durch die Kondensation sogenannter Cooper-Paare verursachten makroskopischen Quantenphänomen, welches die unendliche Leitfähigkeit vieler metallischer Materialien unterhalb einer bestimmten Sprungtemperatur beschreibt. Die wesentliche Erkenntnis hierbei ist, dass das uns umgebende Vakuum sich in einer Art supraleitender Phase befindet, wobei das Higgs-Teilchen dem Cooper-Paar des Supraleiters entspricht. Analog der Verdrängung eines Magnetfelds aus dem Supraleiter (Meissner-Ochsenfeld Effekt) erhält dann das Austauschteilchen der ursprünglich langreichweitigen schwachen Wechselwirkung durch das Higgs-Teilchen eine Masse. Diese Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung, die zum Beispiel für das Funktionieren der Sonne oder die Radioaktivitaet verantwortlich sind, wurden 1983 am CERN entdeckt.