In diesem Sommer werden vom 3. bis 10. August in Chicago Theoretiker und Experimentalphysiker aus aller Welt an der Internationalen Konferenz für Hochenergiephysik (ICHEP) teilnehmen. Einer der Höhepunkte dieser Konferenz stammt von den CERN Laboratories, wo Teilchenphysiker die Fülle neuer Daten präsentieren, die der Large Hadron Collider (LHC) in diesem Jahr bisher produziert hat.
Inmitten der Aufregung, die sich aus der Möglichkeit ergibt, einen Blick auf die mehr als 100 neuesten Ergebnisse zu werfen, mussten auch einige schlechte Nachrichten ausgetauscht werden. Dank all der neuen Daten, die vom LHC zur Verfügung gestellt wurden, ist die Chance, dass ein neues Elementarteilchen entdeckt wurde - eine Möglichkeit, die wahrscheinlich vor acht Monaten aufgetreten war - jetzt verblasst. Schade, denn die Existenz dieses neuen Partikels wäre bahnbrechend gewesen!
Die Hinweise auf dieses Teilchen erschienen erstmals im Dezember 2015, als Teams von Physikern, die zwei Teilchendetektoren des CERN (ATLAS und CMS) verwendeten, feststellten, dass die vom LHC durchgeführten Kollisionen mehr Photonenpaare als erwartet und mit einer kombinierten Energie erzeugten von 750 Gigaelektronvolt. Während die wahrscheinlichste Erklärung ein statistischer Zufall war, gab es eine andere verlockende Möglichkeit - dass sie Hinweise auf ein neues Teilchen sahen.
Wenn dieses Teilchen tatsächlich real wäre, wäre es wahrscheinlich eine schwerere Version des Higgs-Bosons. Dieses Teilchen, das anderen Elementarteilchen ihre Masse verleiht, wurde 2012 von Forschern am CERN entdeckt. Während die Entdeckung des Higgs-Bosons das Standardmodell der Teilchenphysik bestätigte (das seit 50 Jahren die wissenschaftliche Konvention ist), stimmte die mögliche Existenz dieses Teilchens nicht damit überein.
Eine andere, vielleicht noch aufregendere Theorie war, dass das Teilchen das lang ersehnte Gravitron war, das theoretische Teilchen, das als „Kraftträger“ für die Schwerkraft fungiert. Wenn es tatsächlich so war diese Teilchen, dann hätten Wissenschaftler endlich eine Möglichkeit zu erklären, wie Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik zusammenpassen - etwas, das ihnen jahrzehntelang entgangen ist und die Entwicklung einer Theorie von allem (ToE) gehemmt hat.
Aus diesem Grund war die wissenschaftliche Gemeinschaft mit über 500 wissenschaftlichen Arbeiten zu diesem Thema ziemlich aufgeregt. Dank der enormen Datenmengen in den letzten Monaten mussten die CERN-Forscher jedoch am Freitag auf der ICEP 2016 bekannt geben, dass es keine neuen Beweise für ein Partikel gibt.
Die Ergebnisse wurden von Vertretern der Teams präsentiert, die im vergangenen Dezember erstmals die ungewöhnlichen Daten bemerkten. Bruno Lenzi vertrat den ATLAS-Detektor des CERN, der zuerst die Photonenpaare feststellte. In der Zwischenzeit vertrat Chiara Rovelli das konkurrierende Team, das den Compact Muon Solenoid (CMS) verwendet, der die Messwerte bestätigte.
Wie sie zeigten, sind die Messwerte, die im vergangenen Dezember auf eine Beule der Photonenpaare hinwiesen, inzwischen in die flache Linie gegangen, wodurch alle Zweifel daran beseitigt wurden, ob es sich um einen Zufall handelte oder nicht. Als Tiziano Campores - ein Sprecher von C.M.S. - wurde von der zitiert New York Times Wie am Vorabend der Ankündigung gesagt wurde, war den Teams immer klar, dass dies keine wahrscheinliche Möglichkeit ist:
"Wir sehen nichts. Tatsächlich gibt es genau zu diesem Zeitpunkt sogar ein kleines Defizit. Es ist enttäuschend, weil so viel Hype darüber gemacht wurde. [Aber] wir waren immer sehr cool. “
Diese Ergebnisse wurden auch in einem vom C.M.S. Team am selben Tag. Und die CERN Laboratories haben diese Aussage in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung wiederholt, in der es um die jüngste Datenübertragung ging, die auf der ICEP 2016 vorgestellt wurde:
"Insbesondere der faszinierende Hinweis auf eine mögliche Resonanz bei 750 GeV, die in Photonenpaare zerfällt und die bei den Daten von 2015 großes Interesse hervorrief, ist im viel größeren Datensatz von 2016 nicht wieder aufgetaucht und scheint daher eine statistische Schwankung zu sein."
Dies waren alles enttäuschende Neuigkeiten, da die Entdeckung eines neuen Teilchens die vielen Fragen, die sich aus der Entdeckung des Higgs-Bosons ergeben, hätte beleuchten können. Seit es 2012 zum ersten Mal beobachtet und später bestätigt wurde, haben Wissenschaftler Schwierigkeiten zu verstehen, wie es ist, dass genau das, was anderen Partikeln ihre Masse verleiht, so „leicht“ sein kann.
Obwohl das Higgs-Boson das schwerste Elementarteilchen mit einer Masse von 125 Milliarden Elektronenvolt ist, sagte es voraus, dass das Higgs-Boson Billionen Mal schwerer sein musste. Um dies zu erklären, haben sich theoretische Physiker gefragt, ob tatsächlich andere Kräfte am Werk sind, die die Masse des Higgs-Bosons in Schach halten - d. H. Einige neue Teilchen. Obwohl noch keine neuen exotischen Partikel entdeckt wurden, waren die bisherigen Ergebnisse immer noch ermutigend.
Zum Beispiel zeigten sie, dass LHC-Experimente in den letzten acht Monaten bereits etwa fünfmal mehr Daten aufgezeichnet haben als im gesamten letzten Jahr. Sie boten Wissenschaftlern auch einen Einblick in das Verhalten subatomarer Teilchen bei Energien von 13 Billionen Elektronenvolt (13 TeV), ein neues Niveau, das letztes Jahr erreicht wurde. Dieses Energieniveau wurde durch die Upgrades ermöglicht, die am LHC während seiner zweijährigen Pause durchgeführt wurden. davor funktionierte es nur mit halber Leistung.
Eine weitere prahlerische Sache war die Tatsache, dass der LHC im vergangenen Juni alle bisherigen Leistungsrekorde übertroffen und eine maximale Leuchtkraft von 1 Milliarde Kollisionen pro Sekunde erreicht hat. Durch die Möglichkeit, Experimente auf diesem Energieniveau und mit so vielen Kollisionen durchzuführen, haben LHC-Forscher einen Datensatz erhalten, der groß genug ist, um genauere Messungen von Standardmodellprozessen durchführen zu können.
Insbesondere werden sie in der Lage sein, nach anomalen Teilchenwechselwirkungen bei hoher Masse zu suchen, was einen indirekten Test für die Physik jenseits des Standardmodells darstellt - insbesondere nach neuen Teilchen, die von der Theorie der Supersymmetrie und anderen vorhergesagt werden. Und obwohl sie noch keine neuen exotischen Partikel entdeckt haben, waren die Ergebnisse bisher immer noch ermutigend, hauptsächlich weil sie zeigen, dass der LHC mehr Ergebnisse als je zuvor liefert.
Und obwohl es ein großer Durchbruch gewesen wäre, etwas zu entdecken, das die Fragen erklären könnte, die sich aus der Entdeckung der Higgs-Bosonen ergeben, sind sich viele einig, dass es einfach zu früh war, um unsere Hoffnungen zu wecken. Fabiola Gianotti, Generaldirektorin am CERN, sagte:
"Wir stehen erst am Anfang der Reise. Die hervorragende Leistung des LHC-Beschleunigers, der Experimente und der Datenverarbeitung ist ein gutes Zeichen für eine detaillierte und umfassende Untersuchung der verschiedenen TeV-Energieskalen und für bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Grundlagenphysik. “
Vorerst müssen wir alle geduldig sein und darauf warten, dass wissenschaftlichere Ergebnisse erzielt werden. Und wir können uns alle trösten, dass das Standardmodell zumindest vorerst immer noch das richtige zu sein scheint. Es gibt natürlich keine Abkürzungen, um herauszufinden, wie das Universum funktioniert und wie alle seine fundamentalen Kräfte zusammenpassen.
