[ziesell]

Teilchenphysik: LHC-Teams entdecken ungewöhnliche Higgs-Zerfälle

Ungewöhnliche Zerfälle des Higgs-Teilchen könnten laut LHC Hinweise auf die neue Physik sein.



Zwei Experimente am Large Hadron Collider (LHC) in Genf haben einen ungewöhnlichen Zerfall des Higgs-Bosons beobachtet. Das könnte ein Hinweis auf die sogenannte neue Physik sein. Das sind Wechselwirkungen oder Teilchen, die im Standardmodell der Physik nicht vorkommen.

Der experimentelle Nachweis des Higgs-Bosons im Jahr 2021 war eine wissenschaftliche Sensation. Seither wurde am LHC weiter an dem Teilchen geforscht. Die Kollaborationen der Experimente A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS) berichteten auf einer Konferenz über einen Zerfall, der bisher nur theoretisch vorhergesagt war.

Sie hätten beobachtet, dass das Higgs-Boson in ein Z-Boson, den elektrisch neutralen Träger der schwachen Kraft, und ein Photon, den Träger der elektromagnetischen Kraft, zerfallen sei, berichteten die Teams. Das könnte ein indirekter Beweis für die Existenz von Teilchen sein, die über die vom Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagten hinausgingen.

Virtuelle Teilchen entstehen und verschwinden

Ein Higgs-Boson zerfällt dabei nicht direkt in ein Z-Boson und ein Photon, sondern die Zerfälle laufen über eine Zwischenschleife ab. In dieser Schleife entstehen virtuelle Teilchen und verschwinden wieder, ohne dass sie direkt nachgewiesen werden können. "Zu diesen virtuellen Teilchen könnten neue, noch unentdeckte Teilchen gehören, die mit dem Higgs-Boson wechselwirken", teilte das europäische Kernforschungszentrum Cern mit.

Atlas und CMS hatten in den Daten aus Proton-Proton-Kollisionen am LHC nach dem Zerfall des Higgs-Bosons in ein Z-Boson und ein Photon gesucht, und zwar zunächst getrennt. Für die neue Studie arbeiteten die Kollaborationen der beiden Experimente zusammen. Die Daten wurden während des zweiten Laufs des LHC zwischen 2015 und 2018 gesammelt. Bei der Auswertung wurden unter anderem Techniken des maschinellen Lernens eingesetzt, um weiter zwischen Signal- und Hintergrundereignissen zu unterscheiden.

"Die Existenz neuer Teilchen könnte sehr bedeutende Auswirkungen auf seltene Higgs-Zerfallsarten haben", sagte Florencia Canelli, Koordinatorin des CMS. "Diese Studie ist ein eindringlicher Test für das Standardmodell. Im aktuellen dritten Lauf des LHC sowie mit dem zukünftigen High-Luminosity LHC werden wir die Präzision dieses Tests verbessern und immer seltenere Higgs-Zerfälle untersuchen können." Der High-Luminosity LHC ist die kommende Ausbaustufe des LHC mit stärkeren Magneten, die eine höhere Zahl an Kollisionen in der Sekunde ermöglichen sollen. Der Ausbau soll 2025 abgeschlossen sein.

Das Ergebnis habe eine statistische Signifikanz von 3,4 Sigma, teilte die Atlas-Kollaboration mit. "Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Signal tatsächlich durch eine statistische Fluktuation verursacht wird, kleiner als 0,04 Prozent ist." Allerdings gilt ein Ereignis erst ab einer Signifikanz von 5 Sigma als neue Entdeckung.

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