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CERN
Bosonen-Messung bestätigt Standardmodell
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Mainz
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15. Dezember 2016

Lange Zeit war die präzise Masse des W-Bosons nicht bekannt. Nun haben Wissenschaftler des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider des Forschungszentrums CERN die Ergebnisse ihrer präzisen Messungen vorgestellt. Sie passen hervorragend zum bisherigen Standardmodell der Physiker. Manche Forscher hätten eine kleine Abweichung spannender gefunden.

ATLAS

ATLAS ist eines von vier Experimenten am Large Hadron Collider des Genfer CERN. Bild: Claudia Marcelloni / CERN [Großansicht]

Es ist ein großer Erfolg und eine kleine Enttäuschung zugleich: Nach fünfjähriger Arbeit konnten Physiker am Forschungszentrum CERN am Dienstag dem internationalen Fachpublikum eine Hochpräzisionsmessung der Masse des W-Bosons vorstellen. Lange Zeit ging die Fachgemeinschaft davon aus, dass solche Messungen am Large Hadron Collider (LHC), dem großen Teilchenbeschleuniger des CERN, nur sehr schwer möglich sein würden. Der Erfolg dieser hochgenauen Messung wird nur durch den kleinen Wermutstropfen getrübt, dass das Ergebnis bisher keinen Hinweis auf eine neue Physik liefert, die über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausgeht.

Das W-Boson ist ein Elementarteilchen, das 1983 am CERN entdeckt wurde und das für die Vermittlung der sogenannten schwachen Wechselwirkung verantwortlich ist. Durch die genaue Bestimmung seiner Masse sind indirekte Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Higgs-Bosons möglich, das 2012 ebenfalls am CERN entdeckt wurde. Das Higgs-Teilchen galt als das letzte fehlende Puzzlestück im Zoo der Elementarteilchen nach dem derzeit geltenden Standardmodell.

Würde die Masse des W-Bosons signifikant von den vorhergesagten Werten abweichen, würde dieses Modell entscheidend in Frage gestellt und die Wissenschaftler erhielten Hinweise auf noch unbekannte Physik. Die nun vorgestellte Messung erreicht eine Präzision von 0,2 Prozent und zählt damit zu den genausten Einzelmessungen, die jemals erzielt wurden. Die Messung wurde von der ATLAS-Kollaboration veröffentlicht, einem Zusammenschluss von mehr als 3000 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt, die den ATLAS-Detektor am LHC konstruiert haben und seit 2008 betreiben. Lediglich eine Messung am Tevatron-Beschleuniger in der USA erreicht eine ähnliche Genauigkeit.

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"Nach vielen Jahren Arbeit und vielen unerwarteten Problemen sind wir nun alle sehr stolz auf dieses Ergebnis. Bei einer solchen Messung muss man auf die Expertise und die Zusammenarbeit der gesamten Kollaboration vertrauen können", sagt Prof. Dr. Matthias Schott von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) zu den Ergebnissen. Der Teilchenphysiker war mit seiner Arbeitsgruppe wesentlich an der Messung beteiligt.

Die Messung gilt als eine der komplexesten Studien am Large Hadron Collider, dem weltweit größten Teilchenbeschleuniger. Hierzu wurden zwei Teilchenstrahlen mit Protonen bei 7 Teraelektronenvolt (TeV) zur Kollision gebracht. Zum einen muss für die Messung der 45 Meter lange und 22 Meter hohe ATLAS-Detektor auf wenige tausendstel Millimeter genau geeicht werden. Zum anderen müssen die Physiker die innere Struktur der kollidierenden Protonen und die Mechanismen, die zur Entstehung von W-Bosonen führen, sehr gut theoretisch und experimentell verstehen, um die geplante Genauigkeit der Massenmessung erreichen zu können.

"Die von uns gemessene Masse des W-Bosons bestätigt die Konsistenz des Standardmodells der Teilchenphysik. Vielleicht hätten wir uns aber noch viel mehr gefreut, wenn wir eine Abweichung entdeckt hätten und so Anzeichen für etwas Neues hätten finden können", merkt Schott an. "Allerdings haben wir in den letzten Jahren nur die Kollisionen aus dem Jahr 2011 analysiert und so bin ich optimistisch, dass wir die Genauigkeit noch erheblich verbessern können. Immerhin haben wir inzwischen schon mehr als zehn Mal so viele Daten von W-Boson-Ereignissen aufgezeichnet."

Vielleicht treten dann in Zukunft noch ganz neue Erkenntnisse zutage, die neue Hinweise zum Verständnis des Universums beitragen.

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siehe auch
Teilchenphysik: Neue Messungen des Higgs-Teilchens - 23. Juni 2014
Teilchenphysik: Physik-Nobelpreis für Englert und Higgs - 8. Oktober 2013
CERN: Higgs-Teilchen am LHC entdeckt? - 4. Juli 2012
CERN: Physiker kreisen Higgs-Teilchen ein - 13. Dezember 2011
Large Hadron Collider: Forscher freuen sich über erste Resultate - 3. März 2010
CERN: First Beam am Large Hadron Collider - 10. September 2008
Links im WWW
Universität Mainz
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