Wann wird am LHC das Higgs-Boson entdeckt?- Diskussion zur Umfrage Dezember 2010

Diskussions-Thread zur Umfrage des Monats Dezember 2010
                                                                                                                                                                                                                                                                         

Eine der großen Herausforderungen der modernen Physik ist es, ein Modell zu finden, dass die Zusammensetzung des Kosmos erklärt.  Mit der Postulierung eines negativ geladenen Teilchens durch Stoney im Jahr 1874 und dem experimentellen Nachweis des Elektrons durch Thomson 1897 begann eine wahre Flut an Postulierungen und Entdeckungen vieler Elementarteilchen – Proton, Neutron, Quarks, Austauschteilchen und viele mehr.

Die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen untereinander werden vom so genannten Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben.  Dieses Modell kann nahezu alle bisher beobachteten teilchenphysikalischen Beobachtungen erklären. Allerdings ist es unvollständig, da es die gravitative Wechselwirkung bisher nicht beschreibt.  Es wird einfach nicht beschrieben, wie die Teilchen an ihre Masse kommen.

Ein Postulat des Standardmodells jedoch ist das Higgs-Boson, welches über die Wechselwirkung mit einen Feld den Teilchen Masse verleiht. Bisher ist es das einzige Teilchen, das im Zoo der Elementarteilchen nicht nachgewiesen werden konnte. Dies soll nun mit dem am CERN betriebenen Beschleuniger LHC (Large Hardron Collider) möglich sein.

Nun die Frage an euch:

Wann wird am LHC das Higgs-Boson entdeckt?

a) innerhalb des nächsten Jahres
b) innerhalb der nächsten 5 Jahre
c) gar nicht, da der aktuelle Beschleuniger nicht ausreicht
d) gar nicht, da eine neue fundamentalere Theorie das Postulat des Higgs-Bosons überflüssig macht

Wir können uns hier zum oben genannten Thema austauschen und informieren und vielleicht der Antwort auf die  Frage gemeinsam nähern.

b) innerhalb der nächsten 5 Jahre

wenn die Leute im Tevatron (Fermilab) nicht schneller sind  .

[...]
wenn die Leute im Tevatron (Fermilab) nicht schneller sind  .

Und nicht schneller abgeschaltet wird, als den Wissenschaftler lieb ist Das Tevatron sollte eigentlich schon Ende 2008 abgeschaltet werden, doch als der LHC kurz nach der Inbetriebnahme ausgefallen war, bewilligte der Konkress die befristet Weiterführung des Experiements bis September 2011. Viel Zeit bleibt ihnen also nicht mehr.

Am Tevatron wurden übrigens die Top-Quarks nachgewiesen - woanders gings auch gar nicht, da dies bis zum LHC der weltweit einzige Beschleuniger war, der diese hohen Energien liefern konnte.

Grüße,
Olli

Ich glaube d ist die richtige Antwort

Ich denke dass die Gravitation genau wie die elektromagnetische Kraft durch Photonen übertragen wird.
Man benötigt dann keine Überträgerteilchen für die gravitative Wechselwirkung mehr.
Ich gebe dem ganzen trotzdem eine Wahrscheinlichkeit von 5% dass was gefunden wird.
Einfach deshalb weil der Erwartungsdruck was zu finden sehr groß ist und man möglicherweise schon das kleinste Rauschen für ein Higgs Boson halten wird.
Welche Eigenschaften soll dieses Teilchen denn haben? und
Wie sucht man danach?
LG René

Ich denke, dass wird noch ein paar Jahre dauern, bis man das nachweist. Es dürfte ziemlich schwierig sein, eine statistisch ausreichende Zahl dieser superschweren Teilchen zu erzeugen. Und man wird sich gerade bei diesem Teilchen nicht so eine Pleite erlauben wollen wie bei dem 4. Neutrino (das 17keV-Neutrino), dass sich letztlich als Fehler erwies. Ich glaube daher anders als Rene nicht an eine „erzwungene Veröffentlichung“ - die Blamage wäre hinterher einfach zu groß.

mfg websquid

Hallo,

websquid spricht da etwas Wichtiges an - nämlich Statistik. Nur mit einer ausreichend große Zahl an Messungen wird es möglich sein, über Statistik aus einzelnen auftretenden Effekten das Higgs-Boson wirklich dingfest zu machen.
Wer mehr über die "Pleite" mit dem 17 keV-Neutrino wissen möchte, schaue mal in den Blog von Martin Bäker - Das Teilchen, das es nicht gab - sehr lesenwert geschrieben!

Welche Eigenschaften soll dieses Teilchen denn haben?

Gute Frage! Der Theorie nach ist ein Boson, also ein Teilchen mit ganzzahligem Spin (Eigendrehimpuls). Wichtig hierbei ist für das Higgs-Boson, dass es den Spin 0 hat, also nicht zu den Eichbosonen gehört, welche die Grundkräfte übertragen. Bei der starken Kernkraft sind dies die Gluonen, bei der elektromagnetischen Wechselwirkung die Photonen, bei der schwachen Kernkraft die W- und Z-Bosonen. (Manchmal frage ich mich, ob die Namen ausgegangen sind, wenn schon Buchstaben für die Benennung verwendet werden. ). Das heißt nun: das Higgs-Boson ist kein Wechselwirkungsteilchen!

Sammeln wir mal weiter Eigenschaften: Neben dem Spin 0 hat es auch keine elektrische Ladung. Nach Berechnungen des Fermilab von 2006 liegt seine Masse wahrscheinlich zwischen 117 und 153 GeV/c² (ermittelt aus Messungen der W-Boson-Masse). Zum Vergleich: Proton und Neutron haben je ca. 1 GeV/c². Das Higgs-Teilchen ist also ziemlich massiv. Ob die Masse tatsächlich in diesem Bereich liegt werden erst Messungen zeigen können. Was gleich zu der nächsten, bereits gestellten Frage führt.

Wie sucht man danach?

Um Teilchen mit so hoher Masse erzeugen zu können, müssen diese auf hohe Energie gebracht werden. Da hilft die spezielle Relativitätstheorie etwas mit, denn nach ihr ist Masse das gleiche wie Energie und umgekehrt. Die wohl berühmteste aller Formeln: E = mc². Mit den bisherigen Beschleunigern konnte bereits ein großer Bereich nach dem Higgs-Boson abgesucht werden, ohne das man es gefunden hat.


Der vom Fermilab prognostizierte Bereich ist bisher noch nicht abgedeckt. Hier kommen nun die Beschleuniger am Fermilab und CERN ins Spiel. Mit ihnen es möglich die noch nicht untersuchten Energie- bzw. Massenbereich zu untersuchen - und das mit einer ausreichend hohen Statstik! Dazu werden Wasserstoffkerne, also nackte Protonen aufeinander geschossen. Bei der Kollision entstehen neue Teilchen, die dann mit großen, haushohen Detektoren registriert werden. Das ist schon eine faszinierende Technik...

Grüße,
Olli

Ich habe mir mal vorgestellt, was hier beschrieben wird und versuche mal eine allegneine Beschreibung zu finden. Ein Mathematisches Modell, daß den Aufbau der Grundsubstanz der Materie beschreibt wird gesucht. In einem Experiment wird eine bestimmte Reaktion auf eine Aktion gesucht, die durch einen statistischen Wert eine Wahrscheinlichkeit ausdrückt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, wird aus der Anzahl der Experimente geschlußfolgert, ob die Ergebnisse dieses Modells statistisch die Richtigkeit des mathematischen Modells bestätigen.

Irgendwie eine verdrehte Welt.

Wenn dieses Teilchen nicht existiert, heißt das aber nicht, daß aus einer bestimmten Warscheinlichkeit der Experimente nicht ein anderes gefunden wird, daß wieder ein ganz neues Modell verlangt.

Also sorry Jungs, aber hier stehen mir die Haare zu Berge :

Ich denke dass die Gravitation genau wie die elektromagnetische Kraft durch Photonen übertragen wird.

Also , jedesmal wenn ich das Licht anschalte, werde ich Brutal durch die Gravitation auf den Boden gezogen. Motoren können nicht funktionieren, da sie innen dunkel sind.  -> Das müsste ich zu mindestens aus dieser Aussage schlussfolgern.

Nur weil etwas mathematisch möglich ist, muß das nicht heißen, daß es wirklich existiert. Tachionen wurden auch nie gefunden.

Da bist du jetzt aber arg polemisch, Sylvester. Gamma- oder Röntgenstrahlung durchdringt ja auch ohne größere Probleme einen Motor, obwohl es eine von Photonen übertragene elektromagnetische Strahlung ist.

Allerdings, wäre es so einfach, könnten die Physiker das Geheimnis der Gravitation schon längst erklären.

Ich glaube d ist die richtige Antwort

Ich denke dass die Gravitation genau wie die elektromagnetische Kraft durch Photonen übertragen wird.

Du bist Dir bewusst, dass nach aktuell akzeptierter Theorie, das Wechselwirkungsaustauschteilchen der gravitation das Graviton ist?
Wäre es das Photon, dann wäre die Gravitation nicht zu unterscheiden von der elektromagnischen Kraft und bipolar.

Man benötigt dann keine Überträgerteilchen für die gravitative Wechselwirkung mehr.

Doch!
Das Graviton ... oder , nach deiner mir unbekannten Theorie, das Photon (welches auch ein Austauschteilchen  mit unbegrenzter reichweite wäre)


Aber es geht ja sogar noch weiter, da zwischen schwerer und träger Masse unterschieden wird.

Bei dem ganzen hin und her erschließt sich mir nicht der Sinn eines Graviton.

Warum kann die Gravitation nicht als einfache Wechselwirkung zwischen Massen definiert werden. Schließlich ist die magnetische und elektrische Wechselwirkung auf diese Weise auch definierbar.

Ich habe hier den Eindruck, daß sich einige in dieses Thema verrennen. Vielleicht ist aber bei den theoretischen Vorbereitungen schon ein Fehler im System.

Anders ausgedrückt : Wenn ich die Zahl PI auf 1000 Stellen genau berechnen will und mache bei der 60. Stelle einen Rechenfehler, so wird alles was danach kommt verkehrt sein. Da hilft auch keine Theorie mehr, die ein PI Antiteilchen für die Abweichung vom Normalwert erklärt.

Wie war das noch gleich mit den Tachionen ? Ein Teilchen, daß schneller ist als die Lichtgeschwindigkeit und mehr Energie braucht um langsamer zu werden. Eine Folge der Ableitung aus der ART. In der Praxis wurde es nie entdeckt.

Nun ja, man möchte eine Theorie finden, die alle vier Wechselwirkungen (starke, schwache, elektromagnetische und Gravitation) gemeinsam beschreibt, die also die ART, die die Gravitation beschreibt und GUT, die die 3 anderen Wechselwirkungen beschreibt, vereinigt. Da alle anderen Wechselwirkungen sich durch Austauschteilchen beschreiben lassen, scheint es naheliegend, dass die vierte Wechselwirkung Gravitation auch durch ein entsprechendes Austauschteilchen übertragen wird und dass eben auch die Gravitation nur in bestimmten Quanten übertragen werden kann. Nur konnte man dies bisher noch nicht experimentell finden.

Warum kann die Gravitation nicht als einfache Wechselwirkung zwischen Massen definiert werden. Schließlich ist die magnetische und elektrische Wechselwirkung auf diese Weise auch definierbar.

Ich nehme an du meinst eine Formulierung durch das Gravitationsgesetz bzw. bei elektrischer WW durch das Coulombsche Gesetz und magnetischer WW durch die Lorentzkraft, oder etwas umfassender die letzteren beiden durch die Maxwell'schen Gesetze?

Natürlich kann man die Gravitation durch dieses einfachere Modell beschreiben. Nur hat sich im Fall der anderen WW gezeigt, dass die früheren Modelle nur für bestimmte Situationen gelten bzw. es bestimmte Situationen gibt, in denen die früheren Modelle nicht mehr gelten, aber man hat ein neues Modell gefunden, das sowohl die alten Phänomene als auch die neuen beschreibt, also eine größere Gültigkeit hat. Nun vermutet man eben, dass dies auch bei der Gravitation der Fall ist und versucht gezielt durch Experimente solche Situationen hervorzurufen. Andererseits haben sich zahlreiche Theoretiker bereits die Köpfe über mögliche mathematische Formulierungen, die dies beschreiben könnten, zerbrochen.

Und ja, es kann auch gut sein, dass Fehler in der bisherigen Theorie sind und dass wir einen Teil des Standardteilchenmodells und der Theorien, die darüber hinausgehen über den Haufen werfen müssen. Was auch sehr aufregend wäre. Nur wissen wir das derzeit noch nicht. Um die Frage zu beantworten, braucht man eben Experimente, die uns Hinweise geben und entweder die bisherige Theorie bestätigen oder widerlegen.

Ich hoffe, ich habe mich jetzt halbwegs verständlich ausgedrückt und außerdem deinen Einwand richtig verstanden.

Ja, so etwa habe ich mir das vorgestellt. Schließlich setzt das Vorhandensein einer Kraft nicht unbedingt einen Teilchenaustausch voraus.

Andrerseits bedeutet ein Teichenaustausch immer, daß ein energetischer Prozess im Gang ist. Dabei entsteht in aller Regel Wärme. Die Gravitation ist aber von der Temperatur unabhängig. Mir ist bislang auch nicht bekannt, ob es direkte Wechselwirkungen zwischen Gravitation und Temperatur gibt. Daß es Temperaturerhörungen durch Verformungen von Materie geben kann  ist klar, Dabei kann die Verformung direkte Folge der Gravitation sein (siehe Jupitermond Io und Europa), wobei die Erwärmung nicht die Folge der Gravitation ist, sondern eine Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme.

Bei den anderen 3WW's ist mir der Zusammenhang zwischen Teichen und Kraft klar. Irgendwie fällt aber die Gravitation aus der Reihe.

Guten Morgen,
also so langsam dürfte sich die Schlinge zuziehen und es scheint ja dort im unabgedeckten Bereich was zu geben, der LHC macht wahnsinnig schnell seine Daten, zur Zeit ca. 2,5 Femtobarn, bei 10 würde es dann für den Beweis reichen. http://www.lhc-facts.ch/index.php?page=news2011

Das wäre doch ein schöner Erfolg und auch mal was für all diejenigen, die immer der Meinung sind, es ist alles doch ganz anders und im Übrigen können  man ja doch nichts wirklich erkennen, und R.Higgs (und 5 Andere) hätten den Nobelpreis in der Tasche...

Um das abzuschließen: Die Bekanntgabe war am 4. Juli 2012!   

Dazu ist im Juli 2015 auch ein Taschenbuch erschienen: Die Entdeckung des Higgs-Teilchens von Harald Lesch (Hrsg). ISBN 978-3-442-74968-3

... Die Entdeckung des Higgs-Teilchens von Harald Lesch ...

- Ein Filou - Lesch hat Higgs-Teilchen 
Staunt HausD

Sechs Jahre nach dem Nachweis der Existenz des Higgs-Teilchens ist jetzt auch am LHC (ALMA) erstmalig der Zerfall eines Higgs-Teilchens (in zwei bottom-Quarks) beobachtet worden :

https://atlas.cern/updates/press-statement/observation-higgs-boson-decay-pair-bottom-quarks

Der Zerfall steht in Übereinstimmung mit dem Standardmodell und ist mit einer statistischen Sicherheit (sigma) von 5,4 nachgewiesen

Hallo,

Sechs Jahre nach dem Nachweis der Existenz des Higgs-Teilchens ist jetzt auch am LHC (ALMA) erstmalig der Zerfall eines Higgs-Teilchens (in zwei bottom-Quarks) beobachtet worden

ALMA steht in der Atacamawüste und beobachtet den Himmel im Millimeter-Wellenlängenbereich. ATLAS ist einer der Detektoren des LHC am CERN. Außer ATLAS hat auch der CMS Detektor diesen Zerfall beobachtet, siehe https://cms.cern/higgs-observed-decaying-b-quarks-submitted

Gruß
Volker

Stimmt auffallend - danke für die Korrektur, Volker !

   Gruß    aasgeir

Ziemlich groß und teuer!
https://m.tagesspiegel.de/wissen/dem-lhc-soll-der-fcc-folgen-cern-plant-riesigen-teilchenbeschleuniger/23872044.html

Jetzt wirds für mich verwirrend (ok, da gehört nicht viel dazu bei einem Laien   )

Ich lese -

"Ein Postulat des Standardmodells jedoch ist das Higgs-Boson, welches über die Wechselwirkung mit einen Feld den Teilchen Masse verleiht."
Dann aber woanders -
"....das Higgs-Boson ist kein Wechselwirkungsteilchen!"

Ok, das würde bedeuten, einen Generator für echte Gravitation (keine Rotations-Schwerkraft) kann man nicht bauen.
Oder vlt in 1000 Jahren. Oder nie.
Egal - Aber es ist doch damit auch nicht sicher, daß das HB uns bei der Gravitation zu Erkenntnissen bringt, oder? Vlt funktioniert das doch ganz anders ?

Da bliebe ja nur noch, daß das HB so groß ist und dabei anpaßbar, so daß es als "Hülle" eines jew. Atoms dient. Es ist selbst nicht nachweisbar. Aber wir können die von ihm "zusammengehaltenen" E, P und N nachweisen und einigermaßen ihr Verhalten erklären.
Würde mir als hübsches Modell gefallen. Aber erklärt leider nicht, warum es Teilchen eine Masse verleihen kann. Oder sind dazu nur die Anziehungs- und/oder Abstoßungskräfte (Feld) im Atom nötig?


Unabhängig davon lese ich -
"Die Gravitation ist aber von der Temperatur unabhängig."
Da sag ich mal - in dem Bereich wo wir messen können. Aber Tonnen von Materie bei 1 Million Grad wird uns noch eine Weile nicht zugänglich sein. Aber vlt ist gerade die Differenz interessant für Rückschlüsse.

Hallo,

Ziemlich groß und teuer!

Das ist aber auch ein Projekt über mehr als 30 Jahre.

Gruss
Volker

Jetzt wirds für mich verwirrend (ok, da gehört nicht viel dazu bei einem Laien   )

Ich lese -

"Ein Postulat des Standardmodells jedoch ist das Higgs-Boson, welches über die Wechselwirkung mit einen Feld den Teilchen Masse verleiht."
Dann aber woanders -
"....das Higgs-Boson ist kein Wechselwirkungsteilchen!"

Ok, das würde bedeuten, einen Generator für echte Gravitation (keine Rotations-Schwerkraft) kann man nicht bauen.
Oder vlt in 1000 Jahren. Oder nie.
Egal - Aber es ist doch damit auch nicht sicher, daß das HB uns bei der Gravitation zu Erkenntnissen bringt, oder? Vlt funktioniert das doch ganz anders ?

Da bliebe ja nur noch, daß das HB so groß ist und dabei anpaßbar, so daß es als "Hülle" eines jew. Atoms dient. Es ist selbst nicht nachweisbar. Aber wir können die von ihm "zusammengehaltenen" E, P und N nachweisen und einigermaßen ihr Verhalten erklären.
Würde mir als hübsches Modell gefallen. Aber erklärt leider nicht, warum es Teilchen eine Masse verleihen kann. Oder sind dazu nur die Anziehungs- und/oder Abstoßungskräfte (Feld) im Atom nötig?


Unabhängig davon lese ich -
"Die Gravitation ist aber von der Temperatur unabhängig."
Da sag ich mal - in dem Bereich wo wir messen können. Aber Tonnen von Materie bei 1 Million Grad wird uns noch eine Weile nicht zugänglich sein. Aber vlt ist gerade die Differenz interessant für Rückschlüsse.

Meine laienhafte Vorstellung:
Das Higgs-Boson erzeugt die Trägheit der Materie, was dann wiederum die Masse impliziert. 
Für die Gravitation ist das Graviton zuständig - ein hypothetisches Teilchen das noch nicht nachgewiesen wurde.
Gravitation und Masse dürfen hier nicht zusammengeworfen werden.

Hallo,

das Higgs Feld verleiht den Elementarteilchen Ruhemassse (oder Trägheit, wie fl67 schreibt).
Nun betrachten wir seit Einstein ein Gravitationsfeld nicht mehr als Kraftfeld, sondern als Krümmung der Raumzeit. Die Masse-Energie-Äquivalenz bestimmt die Krümmung der Raumzeit, und der gekrümmte Raum bestimmt wie sich Masse-Energie-Äquivalenz bewegt (auf Englisch ist das eleganter: "mass-energy tells space time how to curve, and curved space-time tells mass-energy how to move", wie John Archibald Wheeler formulierte).
Im allgemeinen gehen wir davon aus, dass Gravitationswellen sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Wenn dem so ist, dann kann das Graviton keine Ruhemasse haben (ebenso wie das Photon keine Ruhemasse hat). Durch die Beobachtung von Gravitationswellen haben wir bereits eine recht kleine Obergrenze für die mögliche Masse des Gravitons: die Masse muss kleiner als 1.2×10⁻²² eV/c² sein (hier wird Masse in Energie ausgedrückt, wie das in der Elementarteilchen Physik üblich ist; zum Vergleich: ein Elektron hat eine Masse von 511000 eV/c²). Siehe Abbott et al. 2016, https://arxiv.org/abs/1602.03837

Also, wie fl67 schon gut zusammengefasst hat, Graviton und Higgs-Boson sind sehr unterschieldiche "Teilchen" und das Higgs Boson hat mit Gravitation nur bedingt zu tun. Für eine gründlichere Erklärung siehe z.B. Why the Higgs and Gravity are Unrelated.

Gruß
Volker

DESY via Twitter:

"Heute um 19:30 h spricht H. Murayama im DESY-Hörsaal und live auf YouTube über das Higgs-Teilchen und seine Superkräfte & ein hochrangig besetztes Panel diskutiert, ob man einen neuen Teilchenbeschleuniger braucht - und wenn ja, warum. (auf englisch)":

The Higgs boson: particle superhero and tour guide to new particles



Gruß   Pirx

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