!!
Ich versuch's mal.
In der modernen Quantenfeldtheorie werden Wechselwirkungen durch quantisierte Felder vermittelt. Letztere darf man sich sozusagen als Vermittler von "Kräften" vorstellen, wobei "Kraft" teilweise ein unzulässiger klassischer Begriff ist. Man spricht von "Austauschwechselwirkung" und "Austauschteilchen". Außerdem erscheinen diese quantisierten Felder in bestimmten Situationen als Teilchen. Das quantisierte el.-mag. Feld manifestiert sich z.B. in bestimmten Situationen als teilchenartiges Photon (ich formuliere bewusst vorsichtig und vermeide "ist ein Photon" o.ä.).
Als nächstes stellt man fest, dass man die Vermittlung dieser Wechselwirkungen nur dann mathematisch konsistent beschreiben kann, wenn die zugrundeliegenden Felder masselos sind. Die Ursache dafür liegt in der sogenannten Eichinvarianz, die auch in der quantisierten Form erhalten bleiben muss. Dies funktioniert für viele Felder (aus unterschiedlichen und leider extrem komplizierten Gründen) nur, wenn die entsprechenden Teilchen eben masselos sind, was z.B. für Photonen nach im Rahmen der heute vefügbaren Messgenauigkeit zutrifft.
Und dann kann man noch ganz allgemein sagen, dass langreichweitige Wechswelwirkungen immer von masselosen Feldern vermittelt werden, während umgekehrt massebehaftete Felder (oder eben Austauschteilchen) zu kurzreichweitigen Wechswelwirkungen führen.
Nun kommt der Haken: die schwache Wechselwirkung, die für den Beta-Zerfall von Atomkernen verantwortlich ist, ist extrem kurzreichweitig (und damit bei langen Distanzen eben extrem schwach); also muss ihr ein sehr schweres Austauschteilchen entsprechen; aber für massebehaftete Austauschteilchen wird der Formalismus der Quantenfeldtheorie inkonsistent. Blöd!
Nun der Trick: Higgs et al. kosntruierten eine bestimmte Wechselwirkung wie folgt: man nehme ein neues Feld H und lasse es mit zunächst masselosen Austauschteilchen W und Z der schwachen Wechselwirkung wechselwirken. Dann kann man die Formeln umschreiben, so dass es so aussieht, als ob die Austauschteilchen W und Z Masse hätten (das ist aber eigtl. nur ein Relikt ihrer Wechselwirkung mit dem neu eingeführten Feld H). Und zum zwieten kann man aus den umgeschriebenen Formeln für dieses neue Feld ebenfalls wieder Austauschteilchen h ableiten.
Das Feld H, das einen konstanten, nicht verschwindenen Wert haben soll, ist das Higgsfeld. Die Austauschteilchen h, die sozusagen kleinen Störunegn dieses Feldes, also quantisierten Wellen auf diesem zunächst konstanten Feld entsprechen, sind die Higgsbosonen. Die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung sind das W- und das Z-Boson; letzteres ist so etwas wie ein "schweres" Photon (außer der Masse verhält es sich identisch wie dieses; aufrgund seiner extrem hohen Masse wird es in unserer Alltagswelt aber nicht erzeugt, sondern eben nur an Beschleunigern).
Mit dieser Theorie - formuliert in den 60iger Jahren - und zusammen mit der starken Wechselwirkung als Standardmodell bekannt, kann man die gesamte heute experimentell zugängliche Elementarteilchenphysik beschreiben:
- Nobelpreis für den Nachweis der mathematischen Konsistent an Veltmann und 't Hooft
- Nobelpreis für die Formulierung der elektroschwachen Wechselwirkung sowie der Vorhersage der W- und das Z-Bosonen einschließlich ihrer Massen an Glashow, Salam und Weinberg
- Nobelpreis eine Gruppe des CERN für den experimentellen Nachweis der W- und das Z-Bosonen
Das war das Bild in den 80igern.
So, und nun fehlte noch eine Kleingkeit, nämlich der Nachweis des Higgsteilchens, das für den o.g. Mechanismus zwingend erforderlich ist. Besser gesagt, ohne das Higgs bricht das Standardmodell in sich zusammen. Aber genau für dieses Higgsteilchen kann die Theorie die Masse nicht vorhesagen, besser gesagt, sie kann nur einen sehr groben (großen) erlaubten Massebereich vorhersagen. Innerhalb dieses erlaubten Bereiches wurde nun (mit extrem hoher statistischer Signifikanz) ein Teilchen entdeckt, das sehr wahrscheinlich genau die o.g. Eigenschaften des Higgsteilchens h aufweist. Und damit vertraut man darauf, dass das zugrundeliegendenm Konzept des Higgsfeldes H und der Masseerzeugung für W und Z (sowie der Masseerzeugung für andere Elementarteilchen) ebenfalls zutrifft.
Gruß
Tom
Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
ZitierenZitat von ins#1
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