Die Grundlagen des Higgs-Bosons -- Dave Barney and Steve Goldfarb

Die ganze Lektion gibt es unter: http://ed.ted.com/lessons/the-basics-of-boson-dave-barney-and-steve-goldfarb

2012 haben Wissenschaftler am CERN Beweise für die Existenz des Higgs-Bosons entdeckt. Das was? Das Higgs-Boson gehört zu einer von zwei Arten von Elementarteilchen und ist ein ganz besonderer Akteur in der Welt der Teilchenphysik, denn es beweist, wie Teilchen Masse erhalten. Mithilfe der Sokratischen Methode erklären die CERN-Wissenschaftler Dave Barney und Steve Goldfarb die aufregenden Konsequenzen der Existenz des Higgs-Bosons.

Lektion von Dave Barney und Steve Goldfarb, Animation von Jeanette Nørgaard.

Zwei Kerle kommen in eine Bar.

Wirklich?

Nein, im Ernst.

Zwei Kerle kommen in eine Bar,

eine Eis-Bar:

Dave, ein Physiker, der
am Large Hadron Collider am CERN,

dem Europäischen Forschungszentrum
für Teilchenphysik, arbeitet,

und Steve, ein Blues-Sänger.

"Dave, wie geht's?"

"Steve, schön dich zu sehen!"

"Für mich zwei Kugeln Schoko-Mandel."

"Vanille-Shake."

"Hey, ich hab gerade irgendwas
über den LHC im Fernsehen gesehen.

Ihr habt Clown Bozo
in eurem Detektor gefunden?"

"Na ja, nicht ganz.

Wir haben ein Boson gefunden,

wahrscheinlich das Higgs-Boson."

"Was ist das?"

"Das ist ein Teilchen."

"Findet ihr nicht ständig
irgendwelche Teilchen?"

"Ja, aber dieses eine
deutet darauf hin,

dass das Higgs-Feld wirklich
existieren könnte."

"Feld? Was für ein Feld?"

"Das Higgs-Feld.

Es wurde nach Peter Higgs benannt,

auch wenn viele andere
zu der Theorie beigetragen haben.

Es ist kein Feld, auf dem man
Mais oder so anbaut,

sondern ein hypothetisches,
unsichtbares Feld,

das das gesamte Universum
durchdringt."

"Hmmmm, okay.

Wenn es das gesamte Universum
durchdringt,

wie kommt es, dass ich es
noch nie gesehen habe?

Das ist ein bisschen seltsam."

"Na ja, das ist eigentlich nicht seltsam.

Denk an die Luft, die uns umgibt.

Wir können sie nicht sehen oder riechen.

Gut, vielleicht kann man das
an einigen Orten.

Aber wir können ihre Gegenwart mit
hoch entwickelten Geräten nachweisen,

wie zum Beispiel
unseren eigenen Körpern.

Die Tatsache, dass wir etwas
nicht sehen können,

macht es einfach ein bisschen
schwerer festzustellen,

ob es da ist oder nicht."

"Alles klar, erzähl weiter."

"Also, wir glauben, dass uns
dieses Higgs-Feld überall umgibt,

überall im Universum.

Und es tut etwas ganz Besonderes --

es verleiht den Elementarteilchen Masse."

"Was ist ein Elementarteilchen?"

"Als Elementarteilchen
bezeichnen wir Teilchen,

die keine Struktur haben,

die nicht geteilt werden können,

sie sind die fundamentalen
Bausteine des Universums."

"Ich dachte, das wären die Atome."

"Na ja, Atome sind eigentlich aus noch
kleineren Bausteinen zusammengesetzt,

aus Protonen, Neutronen und Elektronen.

Während Elektronen Elementarteilchen sind,

sind Neutronen und Protonen das nicht.

Sie bestehen aus anderen Elementarteilchen,
die man Quarks nennt."

"Das klingt nach Matroschkas.

Hört das jemals auf?"

"Ganz genau wissen wir es eigenlich nicht.

Aber unseren derzeitigen Wissensstand

nennen wir das Standardmodell.

Darin gibt es zwei Arten
von Elementarteilchen:

die Fermionen,
aus denen die Materie besteht,

und die Bosonen, die Kräfte vermitteln.

Wir ordnen diese Teilchen oft

nach ihren Eigenschaften,
wie zum Beispiel der Masse.

Wir können die Massen der Teilchen messen,

aber wir haben nie wirklich gewusst,
woher diese Masse kommt

oder warum sie genau
diese Masse haben und keine andere."

"Und wie erklärt dieses
Higgs-Feld-Dings Masse?"

"Nun ja, wenn ein Teilchen
das Higgs-Feld durchquert,

interagiert es und bekommt Masse.

Je mehr es interagiert,
desto mehr Masse erhält es."

"Okay, ich glaub, ich hab es verstanden,
aber ist das wirklich so wichtig?

Was wäre denn,
wenn es kein Higgs-Feld gäbe?"

"Wenn es kein Higgs-Feld gäbe,

würde die Welt gar nicht existieren.

Es gäbe keine Sterne, keine Planeten,
keine Luft, rein gar nichts,

nicht einmal diesen Löffel
oder das Eis, das du gerade isst."

"Oh, das wäre schlecht.

Okay, aber wie passt
dieses Higgs-Boson da jetzt rein?"

"Siehst du die Kirsche in meinem Shake?"

"Kann ich die haben?"

"Nein, noch nicht. Wir müssen sie
vorher noch als Analogie verwenden."

"Oh, alles klar, die Kirsche
ist das Higgs-Boson."

"Nein, nicht ganz.

Die Kirsche ist ein Teilchen, das sich durch
das Higgs-Feld, den Milchshake, bewegt.

Der Milchshake verleiht
der Kirsche ihre Masse."

"Ich hab's. Okay, also die Moleküle
des Milchshakes sind die Higgs-Bosonen!"

"Na ja, du kommst der Sache schon näher.

Man braucht eine Anregung des Higgs-Feldes,

um das Higgs-Boson zu erzeugen.

Wenn ich also zum Beispiel
Energie zuführen würde,

indem ich diese Kirsche
in den Shake fallen lasse."

"Ah, dann sind die Tropfen,
die auf die Bar spritzen,

die Higgs-Bosonen."

"Fast! Der Spritzer an sich
ist das Higgs-Boson."

"Ist das dein Ernst?"

"Nun ja, das ist das, was uns
die Quantenmechanik lehrt.

Tatsächlich sind alle Teilchen
Anregungen von Feldern."

"Okay. Ich glaub, ich verstehe langsam,
warum du Teilchenphysik magst,

das ist ziemlich cool,

seltsam, aber cool."

"Ja, man kann das schon
ein bisschen seltsam finden.

Es ist nicht
wie unser alltägliches Leben.

Das Higgs-Boson ist
eine Anregung des Higgs-Feldes.

Wenn wir das Higgs-Boson entdecken,

wissen wir, dass das Higgs-Feld existiert."

"Gut. Also jetzt,
wo ihr das gefunden habt,

wissen wir, dass das Higgs-Feld existiert.

Ihr müsstet also fertig sein.

Gibt es da denn noch was zu tun
in der Teilchenphysik?"

"Eigentlich haben wir
gerade erst angefangen.

Es ist ein bisschen so wie damals,
als Kolumbus dachte,

er hätte einen neuen Weg
nach Indien gefunden.

Er entdeckte tatsächlich etwas Neues,

aber nicht ganz das,
was er erwartet hatte.

Daher müssen wir als erstes sicherstellen,
dass das Boson, das wir gefunden haben,

tatsächlich das Higgs-Boson ist.

Es scheint zu passen, aber wir müssen
seine Eigenschaften messen,

um sicher zu sein."

"Wie macht ihr das?"

"Wir nehmen wesentlich mehr Daten auf.

Dieses neue Boson lebt nur
für eine sehr kurze Zeit

bevor es in leichtere,

stabilere Teilchen zerfällt.

Indem man diese Teilchen misst,

lernt man etwas über die
Eigenschaften des Bosons."

"Und nach was genau sucht ihr?"

"Na ja, das Standardmodell
sagt voraus, wie oft

und auf welche Art und Weise
das Higgs-Boson

in verschiedene leichtere Teilchen
zerfallen würde.

Wir wollen also herausfinden,
ob das Teilchen, das wir gefunden haben,

dasjenige ist, das vom
Standardmodell vorhergesagt wird

oder ob es eher zu anderen
theoretischen Modellen passt."

"Und wenn es nun eher
zu einem anderen Modell passt?"

"Das wäre noch viel spannender!

Tatsächlich werden so
wissenschaftliche Fortschritte gemacht.

Wir ersetzen alte Modelle mit neuen,

wenn diese unsere Beobachtungen
besser erklären."

"Gut, also es sieht so aus, als wenn
die Entdeckung dieses HIggs-Bosons

die Richtung der Forschung festlegt,

ein bisschen so, wie dieser Kolumbus,
der nach Westen gesegelt ist."

"Ganz genau! Und das ist
wirklich erst der Anfang."