{"id":22717,"date":"2016-03-22T07:00:48","date_gmt":"2016-03-22T06:00:48","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/03\/22\/jenseits-des-standardmodells-wann-werden-neuen-teilchen-am-lhc-entdeckt\/"},"modified":"2025-05-14T16:16:54","modified_gmt":"2025-05-14T14:16:54","slug":"jenseits-des-standardmodells-wann-werden-neuen-teilchen-am-lhc-entdeckt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/03\/22\/jenseits-des-standardmodells-wann-werden-neuen-teilchen-am-lhc-entdeckt\/","title":{"rendered":"Jenseits des Standardmodells: Wann werden neue Teilchen am LHC entdeckt?"},"content":{"rendered":"

Die Chancen, dass in naher Zukunft am Teilchenbeschleuniger LHC die Entdeckung neuer Teilchen bekannt gegeben wird, stehen nicht schlecht. Seit einigen Monaten gibt es entsprechende Hinweise und wenn der Beschleuniger bald wieder beginnt, Daten zu sammeln, k\u00f6nnten die Hinweise stark genug werden, um die Verk\u00fcndigung einer echten Entdeckung zu rechtfertigen. Und irgendwas<\/i> m\u00fcssten wir eigentlich irgendwann entdecken: Denn das bisher g\u00fcltige Standardmodell der Teilchenphysik<\/i> braucht eine Erweiterung!<\/p>\n

\"Die<\/a>
Die bisher bekannten Teilchen im Standardmodell der Teilchenphysik (Bild: Duncan Hull<\/a>, CC-BY 2.0<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Die letzte gro\u00dfe Entdeckung in der Teilchenphysik fand im Juli 2012 statt. Da wurde der Nachweis des Higgs-Teilchens bekannt gegeben<\/a>. Dieses Ergebnis war ein wichtiger Meilenstein; eine Entdeckung die seit Jahrzehnten erwartet wurde und an der die Grundlagen der Teilchenphysik hingen. Aber in gewisser Hinsicht war es keine wirklich neue<\/i> Entdeckung. Das Higgs-Teilchen war ein integraler Bestandteil des sogenannten „Standardmodells der Teilchenphysik“, also der Sammlung an mathematischen und physikalischen Theorien mit denen Wissenschaftler die Materie und die zwischen ihr wirkenden Kr\u00e4fte beschreiben. Alle Teilchen die vom Standardmodell vorhergesagt wurden, hatte man im Laufe der Jahre nachgewiesen; bis auf das Higgs-Teilchen. Seit Juli 2012 ist das Standardmodell nun komplett. Alles, was laut diesem Modell existieren soll, existiert auch tats\u00e4chlich.<\/p>\n

Nur: Wir wissen, dass viele Dinge existieren, deren Existenz nicht<\/i> vom Standardmodell vorhergesagt wird. Dunkle Materie<\/a> zum Beispiel. Oder die Masse der Neutrinos. Eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie. Und so weiter. Das Standardmodell ist zwar eine der erfolgreichsten wissenschaftlichen Theorien die wir kennen. Aber es kann noch nicht alles sein; es muss mehr<\/i> geben und irgendeine umfassendere Theorie wartet darauf, von uns gefunden zu werden.<\/p>\n

Wissenschaftler haben jede Menge Ideen, wie diese umfassendere Theorie aussehen k\u00f6nnte. Die Supersymmetrie<\/a> ist eine davon, aber bei weitem nicht die einzige. Um heraus finden zu k\u00f6nnen, wie das Standardmodell tats\u00e4chlich erweitert werden muss, braucht es aber nicht nur neue Theorien, sondern vor allem neue Daten. Genau deswegen macht man ja auch Experimente wie die am LHC: Man hofft, Teilchen zu entdecken, deren Existenz niemand vorhergesagt hat; irgendetwas komplett<\/i> neues; etwas, das uns sagt in welche Richtung wir weiter gehen m\u00fcssen.<\/p>\n

Und so wie es aussieht, k\u00f6nnte genau so eine Entdeckung bevorstehen. K\u00f6nnte! Denn wie immer in der Teilchenphysik h\u00e4ngt alles an der Statistik. Man kann hier nicht einfach ein einzelnes neues Teilchen aus dem Vakuum der Beschleunigerr\u00f6hren ziehen und stolz der Welt pr\u00e4sentieren. Man kann nur unz\u00e4hlige Teilchenkollisionen stattfinden lassen, beobachten und nachsehen, was dabei passiert. Das Standardmodell ist in der Lage, die Resultate der Kollisionen vorherzusagen. Wenn das Standardmodell aber keine<\/i> vollst\u00e4ndige Beschreibung der Realit\u00e4t ist, dann wird die Vorhersage von der Beobachtung abweichen. <\/p>\n

Allerdings nur, wenn es die richtigen Abweichungen sind. In der Welt der Teilchenphysik gibt es keine einfachen Ergebnisse. Teilchenkollisionen k\u00f6nnen mal so und mal so ausgehen und das Standardmodell kann nur statistische Vorhersagen \u00fcber die Resultate machen. Abweichungen k\u00f6nnen entstehen, wenn die Vorhersagen falsch sind – aber auch rein zuf\u00e4llige Schwankungen in den Ergebnissen k\u00f6nnen Abweichungen verursachen. Man muss m\u00f6glichst viele Kollisionen beobachten, um sicher sein zu k\u00f6nnen, das man tats\u00e4chlich etwas Neues beobachtet hat und nicht irgendwelche Schwankungen.<\/p>\n

Ich habe fr\u00fcher schon einmal sehr ausf\u00fchrlich erkl\u00e4rt<\/a>, wie das mit den Entdeckungen und der Statistik in der Teilchenphysik funktioniert. Kurz gesagt: Nur wenn man zu 99,9999% sicher sein kann, keine<\/i> rein zuf\u00e4llige Schwankung beobachtet zu haben, werden die Daten als Beleg f\u00fcr eine echte Entdeckung angesehen. Dieser Prozentsatz, die Signifikanz<\/i> wird auch „5 Sigma“ genannt und man braucht wirklich viele Daten, um sich so sicher sein zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

So weit ist man bei den aktuellen Forschungen am LHC noch nicht. Im Dezember 2015 hat man zwischen den Vorhersagen und Beobachtungen bei den Kollisionen einen Unterschied entdeckt, dessen Signifikanz 2 Sigma betrug. Das ist zwar interessant, aber bei weitem nicht genug um von einer Entdeckung zu sprechen. Es hat sich schon oft genug gezeigt, dass solche Schwankungen wieder verschwinden, wenn man mehr Daten sammelt. Nun hat man aber (ein wenig) mehr Daten gesammelt und die Abweichungen sind nicht<\/i> verschwunden.<\/p>\n

\"ATLAS-Messungen<\/a>
ATLAS-Messungen aus dem Dezember 2015: Die rote Linie gibt die Vorhersage des Standardmodells an; die schwarzen Punkte die tats\u00e4chlichen Messungen. Ein kleiner Unterschied ist sichtbar (Bild: ATLAS-CONF-2015-081<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Teilchenphysikerin Pauline Gagnon (sie arbeitet am ATLAS-Experiment des LHC) hat k\u00fcrzlich in ihrem Blog<\/a> dar\u00fcber berichtet. Seit den ersten Beobachtungen konnte man durch verbesserte Auswertemethoden knapp 20 Prozent mehr Daten in die Analyse inkludieren. Dabei ist die Signifikanz der Abweichungen nicht nur nicht gesunken. Mittlerweile ist au\u00dferdem klar, dass nicht nur ATLAS, der eine gro\u00dfe Detektor am LHC, die Abweichungen beobachtet hat, sondern unabh\u00e4ngig davon auch CMS, der zweite gro\u00dfe Detektor. Dass beide Experimente die gleiche Abweichung beobachten, ist vielversprechend. Aber selbst die Kombination der Daten aller Detektoren l\u00e4sst die Signifikanz noch nicht \u00fcber 5 Sigma steigen; sie liegt immer noch bei Werten um die 2-3 Sigma. <\/p>\n

Der LHC wird demn\u00e4chst wieder mit neuen Teilchenkollisionen beginnen; die Detektoren werden neue Daten sammeln. Sehr viel mehr Daten als fr\u00fcher, als der Beschleuniger noch nicht mit voller Kraft lief. Gagnon sch\u00e4tzt, dass schon wenig Monate nach dem Neustart genug Daten vorhanden sind, um entweder eine Entdeckung einwandfrei nachweisen oder ebenso einwandfrei ausschlie\u00dfen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Und wenn etwas entdeckt werden sollte: Was w\u00e4re das eigentlich? Tja, das ist die gro\u00dfe Frage! An theoretischen Ideen mangelt es nicht. Gagnon hat bis heute \u00fcber 260 wissenschaftliche Artikel gez\u00e4hlt, die sich schon Gedanken dar\u00fcber machen, was die bisherigen Hinweise bedeuten k\u00f6nnte. Da ist alles dabei: Von dunkler Materie \u00fcber supersymmetrischen Teilchen bis hin zum Nachweis von zus\u00e4tzlichen Raumdimensionen. Aber so gut die Theorien auch sein m\u00f6gen: Am Ende kommt es auf das Experiment an. <\/p>\n

Wenn am LHC neue Teilchen entdeckt werden, dann wird das zurecht als gro\u00dfer Durchbruch gefeiert werden. Das erste Mal seit Jahrzehnten werden wir etwas entdecken, das \u00fcber das Standardmodell hinaus geht; das vom Standardmodell nicht vorhergesagt wurde. Wir werden Hinweise erhalten, wie der weitere Weg der Teilchenphysik aussehen wird. Wir werden (hoffentlich) erkennen, wie wir ein paar der verbliebenen ganz gro\u00dfen Probleme der Physik l\u00f6sen k\u00f6nnen. Und vielleicht werden wir das schon sehr bald tun k\u00f6nnen. Vielleicht aber auch nicht. Es ist genau so gut m\u00f6glich, dass die beobachteten Schwankungen einfach wieder verschwinden. Eines aber ist klar: Fr\u00fcher oder sp\u00e4ter werden<\/i> wir etwas neues entdecken! Wir wissen<\/i>, das da noch etwas sein muss, das wir bis jetzt noch nicht entdeckt haben. Und wenn wir nur lang und intensiv genug suchen, werden wir es auch finden! \t\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Die Chancen, dass in naher Zukunft am Teilchenbeschleuniger LHC die Entdeckung neuer Teilchen bekannt gegeben wird, stehen nicht schlecht. Seit einigen Monaten gibt es entsprechende Hinweise und wenn der Beschleuniger bald wieder beginnt, Daten zu sammeln, k\u00f6nnten die Hinweise stark genug werden, um die Verk\u00fcndigung einer echten Entdeckung zu rechtfertigen. Und irgendwas m\u00fcssten wir eigentlich […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":15680,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11],"tags":[2005,433,6734,276,11264,13735,634,277],"class_list":["post-22717","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","tag-atlas","tag-dunkle-materie","tag-higgs-teilchen","tag-lhc","tag-pauline-gagnon","tag-standardmodell-der-teilchenphysik","tag-supersymmetrie","tag-teilchenphysik"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22717","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=22717"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22717\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":22718,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22717\/revisions\/22718"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15680"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=22717"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=22717"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=22717"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}