Die Suche nach der Quelle der Dunklen Materie ist einer der Schlüsselbereiche der modernen Astronomie, und das Higgs-Boson kann der Schlüssel sein.
Die Bestätigung der Entdeckung des Higgs-Bosons kam 2012 nach Dutzenden von Jahren der Suche zu uns. Das Higgs-Boson, das in den 1960er Jahren theoretisch vorhergesagt und am Large Hadron Collider bei Genf experimentell bestätigt wurde, führte schließlich zur Verleihung des Nobelpreises für Physik an Peter Higgs und François Engler.
Wie wir bereits wissen, vermittelt das Higgs-Teilchen das Higgs-Feld, das der gesamten Materie Masse verleiht. Die Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider wurde zum „fehlenden Element“ des Standardmodells der Physik. Das Standardmodell definiert unser Verständnis der Quantenwelt. Eine Art Rezeptbuch, in dem wir verstehen, wie subatomare Teilchen und Kräfte im kleinen Maßstab zusammenwirken.
Obwohl das Standardmodell für die meisten unserer Aufgaben geeignet ist, ist es kein umfassendes Modell. Insbesondere beinhaltet das Standardmodell keine Schwerkraft - offensichtlich eine sehr wichtige Lücke. Darüber hinaus sagt das Standardmodell die Quelle der mysteriösen dunklen Materie nicht voraus - eine Tatsache, die heute zunehmend kontrovers diskutiert wird. Kosmologische Studien sagen voraus, dass 84,5 Prozent des Universums aus dunkler Materie bestehen, die Gravitationskraft haben kann und nicht mit elektromagnetischer Kraft interagiert. Diese Art von Materie, die als nicht-baryonische Materie bekannt ist, kann nicht gesehen werden, aber ihre Auswirkungen werden zum Beispiel bei der Beobachtung von Gravitationseffekten in Galaxienhaufen deutlich. Wir können uns dessen sicher sein, aber wir können es einfach nicht sehen und können daher seine Natur nicht vollständig verstehen.
Es gibt viele Theorien, die auf verschiedene exotische Quellen der Dunklen Materie hindeuten, aber ein neues Modell, das von einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung des Partikeltheoretikers Christopher Peterson von der Chalmers University of Technology in Schweden vorgestellt wurde, wird getestet, wenn der Large Hadron Collider diesen Frühling neu startet.
Peterson schlägt vor, dass der Higgs-Boson verfallen kann. Dieser Zerfall wird durch Supersymmetrie bestimmt. Supersymmetrie sagt voraus, dass es massivere „Superpartner“ bekannter Partikel gibt, die außerhalb des Rahmens des Standardmodells existieren. Obwohl es bereits Hinweise auf diese supersymmetrischen Teilchen gab, war es sehr schwierig, die endgültigen Beobachtungen zu verfolgen. Die Detektoren des Large Hadron Collider "sahen" das Higgs-Boson nicht direkt, als es entdeckt wurde. Für unzählige Milliarden von Partikelkollisionen haben die ATLAS- und CMS-Detektoren langsam ein Bild von Partikeln nach Kollisionen erstellt, das die durch Kollisionen von Protonen, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, erzeugte Energie ausstößt. Aus dieser Teilchenkollisionsenergie entstanden Higgs-Bosonen, die schnell in andere Teilchen zerfielen, die die Detektoren zum Beispiel messen konnten, Myonen (der massereichere Cousin des Elektrons). Diese Art von „Fingerabdrücken“ des Higgs-Bosons wurde zum Beweis dafür, dass es die Higgs-Bosons gibt.
Jetzt hat Petersons Team vorgeschlagen, dass das Higgs-Boson, wenn Supersymmetrie real ist, möglicherweise einen anderen Zerfallsmodus aufweist, der in Photonen und Teilchen der dunklen Materie zerfällt.
"Dies ist ein Traum für einen theoretischen Physiker in der Teilchenphysik. LHC ist der einzige Ort, an dem das Modell getestet werden kann", sagte Peterson.
