Teilchenbeschleuniger LHC am Cern. (Bild: Cern)
Eine Kooperation aus zwei Physikprogrammen des Cern, Atlas und CMS, hat den seltenen Zerfall eines Higgs-Boson-Teilchens in ein Z-Boson und ein Photon beobachtet. Dabei zerfällt das Z-Boson in ein Myonenpaar.
Dieser Zerfall könnte einen indirekten Beweis für die Existenz von Teilchen liefern, die über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausgehen, berichten Wissenschaftler:innen am Kernforschungszentrum Cern.
Zerfall über virtuelle Teilchen
Das Higgs-Boson selbst haben Physiker vor Ort erst 2012 entdeckt. Seitdem erforschen sie diesen wertvollen Meilenstein der Teilchenphysik. Nun haben sie den Nachweis dafür erbracht, dass das Teilchen in ein Z-Boson, einen elektrisch neutralen Träger, und ein Photon, den Träger der elektromagnetischen Kraft, zerfällt.
Auf dem Weg dahin laufen die Zerfälle durch eine „Zwischenschleife aus virtuellen Teilchen“, schreibt das Institut. Diese virtuellen Teilchen tauchen auf und verschwinden wieder, ohne direkt nachgewiesen werden zu können.
Sowohl Atlas (links) als auch CMS haben seltene Zerfallsprozesse analysiert. (Bild: Cern)
Gibt es neue Teilchen, die mit Higgs-Boson wirken?
Nach dem Standardmodell müsste ein Higgs-Boson mit 125 Milliarden Elektrovolt etwa zu 0,15 Prozent in ein Z-Boson und ein Photon zerfallen. Es gibt jedoch alternative Theorien, die eine andere Zerfallrate voraussagen.
Die virtuellen Teilchen in diesem Prozess haben nun die Aufmerksamkeit des Kernforschungszentrums erzeugt. Es schreibt: „Zu diesen virtuellen Teilchen könnten neue, noch unentdeckte Teilchen gehören, die mit dem Higgs-Boson wechselwirken.“
Seltene Zerfallsarten im Fokus
Die Daten hatten die beiden Projekte am Teilchenbeschleuniger LHC zunächst getrennt voneinander analysiert. Die neue Studie betrachtet die Experimente nun zusammen und trennt Signal- und Hintergrundereignisse mithilfe von maschinellem Lernen.
Die neuen Teilchen könnten „sehr bedeutende Auswirkungen“ auf seltene Higgs-Zerfallsarten haben, diagnostizierte die CMS-Koordinatorin Florencia Canelli. Weitere Tests in den Teilchenbeschleunigern des Cern sollen die Präzision erhöhen und immer seltenere Zerfallsprozesse in den Fokus nehmen. Wenn das „High Luminosity“-LHC 2025 fertiggestellt ist, sollen auch dort experimentelle Photonen-Kollisionen mehr Aufschluss geben.
