Bildnachweis: Berkeley Lab
In einem Fall, in dem sich die Handlung im Verlauf des Rätsels verdickt, ist das Higgs-Boson gerade schwerer geworden, obwohl das subatomare Teilchen noch nicht gefunden wurde. In einem Brief an die Fachzeitschrift Nature, der in der Ausgabe vom 10. Juni 2004 veröffentlicht wurde, berichtet eine internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern, die am Tevatron-Beschleuniger des Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) arbeiten, über die bisher genauesten Messungen für die Masse der Spitze Quark? ein gefundenes subatomares Teilchen? und dies erfordert eine Aufwärtskorrektur für das lange postulierte, aber immer noch unentdeckte Higgs-Boson.
„Da die von uns gemeldete Top-Quark-Masse etwas höher ist als zuvor gemessen, bedeutet dies, dass der wahrscheinlichste Wert der Higgs-Masse ebenfalls höher ist“, sagt Ron Madaras, Physiker beim Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums (Berkeley) Lab), der die lokale Teilnahme am D-Zero-Experiment am Tevatron leitet. "Die wahrscheinlichste Higgs-Masse wurde jetzt von 96 auf 117 GeV / c2 erhöht"? GeV / c2 ist eine übliche Teilchenphysik-Masseneinheit; die Masse des Protons misst etwa 1 GeV / c2? "Das bedeutet, dass es wahrscheinlich über die Empfindlichkeit aktueller Experimente hinausgeht, aber sehr wahrscheinlich in zukünftigen Experimenten am Large Hadron Collider zu finden ist, der am CERN gebaut wird."
Das Higgs-Boson wurde als fehlendes Glied im Standardmodell der Teilchen und Felder bezeichnet, der Theorie, die seit den 1970er Jahren zur Erklärung der Grundlagenphysik verwendet wird. Vor 1995 fehlte auch der Top-Quark, aber dann konnten die experimentellen Teams, die an den beiden großen Detektorsystemen des Tevatron, D-Zero und CDF, arbeiteten, ihn unabhängig voneinander entdecken.
Wissenschaftler glauben, dass das Higgs-Boson, benannt nach dem schottischen Physiker Peter Higgs, der seine Existenz erstmals 1964 theoretisierte, für die Partikelmasse verantwortlich ist, die Menge an Materie in einem Partikel. Nach der Theorie gewinnt ein Teilchen durch seine Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld Masse, von dem angenommen wird, dass es den gesamten Raum durchdringt, und wurde mit Melasse verglichen, die an jedem Teilchen haftet, das durch es rollt. Das Higgs-Feld würde von Higgs-Bosonen getragen, genauso wie das elektromagnetische Feld von Photonen getragen wird.
"Im Standardmodell ist die Higgs-Boson-Masse mit der Top-Quark-Masse korreliert", sagt Madaras. "Eine verbesserte Messung der Top-Quark-Masse liefert also mehr Informationen über den möglichen Wert der Higgs-Boson-Masse."
Nach dem Standardmodell gab es am Anfang des Universums sechs verschiedene Arten von Quarks. Obere Quarks existieren nur für einen Moment, bevor sie in einen unteren Quark und ein W-Boson zerfallen, was bedeutet, dass diejenigen, die bei der Geburt des Universums erzeugt wurden, längst verschwunden sind. Beim Tevatron von Fermilab, dem stärksten Kollider der Welt, führen Kollisionen zwischen Milliarden von Protonen und Antiprotonen jedoch gelegentlich zu einem Top-Quark. Trotz ihres kurzen Auftretens können diese Top-Quarks durch die D-Zero- und CDF-Experimente nachgewiesen und charakterisiert werden.
Bei der Bekanntgabe der D-Zero-Ergebnisse sagte der Experiment-Sprecher John Womersley: „Eine Analysetechnik, mit der wir mehr Informationen aus jedem Top-Quark-Ereignis in unserem Detektor extrahieren können, hat zu einer deutlich verbesserten Genauigkeit von plus oder minus 5,3 GeV / c2 in geführt die Top-Massenmessung im Vergleich zu früheren Messungen. Die neue Messung ist vergleichbar mit der Genauigkeit aller vorherigen Messungen der Top-Quark-Masse zusammen. Wenn dieses neue Ergebnis mit allen anderen Messungen aus den D-Zero- und CDF-Experimenten kombiniert wird, beträgt der neue Weltdurchschnitt für die Spitzenmasse 178,0 plus oder minus 4,3 GeV / c2. “
Das D-Zero-Detektorsystem besteht aus einem zentralen Tracking-Detektor-Array, einem hermetischen Kalorimeter zur Energiemessung und einem großen Raumwinkel-Myon-Detektorsystem. Berkeley Lab entwarf und baute die beiden elektromagnetischen Endkappenkalorimeter sowie den anfänglichen Scheitelpunktdetektor, die innerste Komponente des Verfolgungssystems. Tracking-Detektoren ergänzen Kalorimeter durch Messung der Partikelbahn. Nur wenn Trajektorien- und Energiemessungen kombiniert werden, können Wissenschaftler Partikel identifizieren und charakterisieren.
Während die Erhöhung des zentralen Werts für die oberste Quarkmasse die Möglichkeit zu verringern scheint, dass das Higgs-Boson am Tevatron entdeckt werden könnte, öffnet es eine breitere Tür für neue Entdeckungen in der Supersymmetrie, auch bekannt als SUSY, eine Erweiterung des Standardmodells, das vereint Kraft- und Materieteilchen durch die Existenz von Superpartnern (manchmal auch als „Teilchen“ bezeichnet). Supersymmetrie versucht, Lücken zu schließen, die das Standardmodell hinterlassen hat.
„Die aktuellen Massengrenzen oder -grenzen, die supersymmetrische Partikel ausschließen, reagieren sehr empfindlich auf die oberste Quarkmasse“, sagt Madaras. "Da die obere Quarkmasse jetzt höher ist, sind diese Grenzen nicht so streng, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, supersymmetrische Partikel am Tevatron zu sehen."
Wissenschaftler von fast 40 US-amerikanischen Universitäten und 40 ausländischen Institutionen haben zu der Datenanalyse beigetragen, die im Brief der D-Zero-Versuchsgruppe an Nature veröffentlicht wurde. Die Co-Autoren des Briefes im Berkeley Lab waren neben Madaras Mark Strovink, Al Clark, Tom Trippe und Daniel Whiteson.
Michael Witherell, Direktor von Fermilab, sagte in einer Erklärung, dass diese Ergebnisse die Geschichte der Präzisionsmessungen der obersten Quarkmasse nicht beenden. „Die beiden Collider-Detektoren D-Zero und CDF zeichnen in Lauf II des Tevatron große Datenmengen auf. Die CDF-Zusammenarbeit hat kürzlich vorläufige neue Messungen der Top-Masse basierend auf Run II-Daten gemeldet. Die Genauigkeit des Weltdurchschnitts wird sich weiter verbessern, wenn ihre Ergebnisse endgültig sind. In den nächsten Jahren werden beide Experimente die oberste Quarkmasse immer genauer messen. “
Fermilab wird wie das Berkeley Lab vom Office of Science des Energieministeriums finanziert. Als Antwort auf den Nature-Brief der D-Zero-Gruppe sagte Raymond L. Orbach, Direktor des Office of Science: „Diese wichtigen Ergebnisse zeigen, wie unsere Wissenschaftler neue Techniken auf vorhandene Daten anwenden und neue Schätzungen für die Masse von erstellen das Higgs-Boson. Wir warten gespannt auf die nächste Runde der Ergebnisse aus den riesigen Datenmengen, die heute im Fermilab Tevatron generiert werden.
Berkeley Lab ist ein nationales Labor des US-Energieministeriums in Berkeley, Kalifornien. Es führt nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung durch und wird von der University of California verwaltet. Fermilab ist ein nationales Labor, das vom Office of Science des US-Energieministeriums finanziert wird und von der Universities Research Association, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: Pressemitteilung von Berkeley Lab
