Kurz-Notiz

1. Zum Zerfall des Higgs-Bosons

Am Large Hadron Collider (LHC) in Genf werden pro Tag rund 20.000 Higgs-Bosonen erzeugt. Die mittlere Lebensdauer dieser Teilchen liegt bei 10-22 Sekunden. Als Zerfallsprodukte hat man bisher vornehmlich den Zerfall in Bosonenpaare (z.B. in zwei Photonen, in ein W+ und ein W- oder auch in ein Z0 und ein Anti-Z0) und in Leptonen (z.B. in ein Tau und ein Anti-Tau) beobachtet.

Doch nach dem Standardmodell der Teilchenphysik müsste das Higgs-Feld auch mit anderen Fermionen als den Leptonen wechselwirken, mit Teilchen, die unter anderem in Form von Quarks die Grundbausteine der Materie bilden. In Frage kommen dabei der Zerfall in ein charm- und ein Anti-charm-Quark sowie in ein bottom- und ein Anti-bottom-Quark.

Mögliche Zerfallskanäle des Higgs-bosons

Bildquelle: https://atlas.physicsmasterclasses.org/de/zpath_hboson.htm

Eigenartigerweise hat man gerade den Zerfall in zwei bottom-Quarks, der nach der Theorie mit 57 Prozent alle Zerfälle am häufigsten auftreten sollte, nicht eindeutig nachweisen können. Als Grund dafür geben die Wissenschaftler am LHC die enorme Menge an bottom-Quarks an, die bei den Zerfällen vieler anderer Teilchen auftreten und schwer von dem speziellen bottom/bottom-Quark-Zerfall des Higgs-Bosons zu trennen sind. Nach den Berechnungen der Physiker am ATLAS-Detektor des LHC sollten jedoch unter je 70.000 Hintergrund-Ereignissen rund 300 Higgs-Zerfälle in Bottom-Quarks auftreten. Doch nun berichten die Experimentatoren von der Entdeckung eines „Buckels“, einer Abweichung in den Zerfallskurven, die gut mit dem gesuchten bottom-Quark-Zerfall übereinstimmt. Obwohl die Signifikanz mit 3,6 deutlich unter dem für eine anerkannte Entdeckung nötigen Wert von 5 Sigma liegt, sind die Wissenschaftler überzeugt, dass das beobachtete Signal nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,018 Prozent von anderen Prozessen vorgetäuscht wird.

Sollte sich der Zerfall in zwei bottom-Quarks bestätigen, so wäre das der lange gesuchte Beleg einer Wechselwirkung des Higgs-Feldes insbesondere auch mit den fundamentalen Bestandteilen der hadronischen Materie.

Mittlerweile scheint es auch gelungen, den oben erwähnten Zerfall in zwei Tau-Leptonen eindeutig nachzuweisen.

2. Zur Masse des Protons

Seit wenigen Tagen gibt es neue Ergebnisse zur Masse des Protons. Im News-Beitrag vom 16.09.2015 haben wir unter dem Titel „Symmetriebruch der schwachen Kernkraft“ von Versuchen berichtet, die Masse von Proton und Antiproton zu bestimmen. Insgeheim hatten die Experimentatoren auf unterschiedliche Massen gehofft, auf eine Differenz, die eventuell ursächlich für die bekannte Materie-Antimaterie-Asymmetrie in der Frühzeit des Universums gewesen sein könnte. Doch ein Unterschied war nicht festzustellen. Abgesehen davon hängt von der Protonenmasse auch die Stabilität der Atome ab bzw. das Verhältnis der Protonen- zur Neutronenanzahl im Kosmos. Da Protonen um 1,4 Promille leichter sind als Neutronen, zerfallen freie Neutronen in Protonen und nicht umgekehrt. Wären die Protonen geringfügig massereicher als die Neutronen, sähe der Kosmos komplett anders aus.

Doch nun haben neuere Messungen eine deutlich geringere Protonenmasse geliefert: 1,007276466583 atomare Masseneinheiten (u) gegenüber dem bisherigen Wert von 1.007276466879 u. Obwohl sich der Massenunterschied erst in der neunten Stelle nach dem Komma zeigt, entspricht er lt. Mitteilung der beteiligten Wissenschaftler drei Standardabweichungen. Dass die Experimentatoren diesem neuen Wert vertrauen, wird mit der Präzision der Messungen begründet, die dreimal genauer sein sollen als alle bisherigen.

Mit diesem neuen Wert für die Protonenmasse verschiebt sich auch das Masse-Ladungs-Verhältnis des Protons. Entsprechend den bisherigen Ergebnissen war dieses Verhältnis bis auf einen Bruchteil von 69 Billionstel identisch mit dem des Antiprotons. Das wiederum bedeutete, dass auch die Masse des Antiprotons praktisch gleich der des Protons ist. Fragt sich nun, ob das nach wie vor gilt, oder ob auch die Masse des Antiprotons diese „Abmagerungskur“ mitgemacht hat bzw. ob es bei dem alten Wert für das Antiproton geblieben ist. Wenn nicht, dann wäre das, wie schon mehrmals erwähnt, ein Hinweis, warum die Natur die Materie anders als die Antimaterie behandelt hat. Ob entsprechende Messungen geplant sind, ist nicht bekannt.