Der kompakte Muon Solenoid (CMS) ist ein Allzweckdetektor am Large Hadron Collider (LHC). Es verfügt über ein breites Physikprogramm, das von der Untersuchung des Standardmodells (einschließlich des Higgs-Bosons) bis zur Suche nach zusätzlichen Dimensionen und Teilchen reicht, aus denen Dunkle Materie bestehen könnte. Der CMS-Detektor ist um einen riesigen Magnetmagneten herum aufgebaut., Dies hat die Form einer zylindrischen Spule aus supraleitendem Kabel, die ein Feld von 4 Tesla erzeugt, etwa das 100.000-fache des Magnetfeldes der Erde. Das Feld wird durch ein Stahl-„Joch“ begrenzt, das den Großteil des 14.000-Tonnen-Gewichts des Detektors ausmacht. Credit: CERN
Das Higgs-Boson ist das mit dem Higgs-Feld assoziierte Grundteilchen, ein Feld, das anderen Grundteilchen wie Elektronen und Quarks Masse verleiht. Die Masse eines Teilchens bestimmt, wie sehr es sich widersetzt, seine Geschwindigkeit oder Position zu ändern, wenn es auf eine Kraft trifft. Nicht alle Grundteilchen haben Masse., Das Photon, das das Teilchen des Lichts ist und die elektromagnetische Kraft trägt, hat überhaupt keine Masse.
Das Higgs-Boson wurde 1964 von Peter Higgs, François Englert und vier anderen Theoretikern vorgeschlagen, um zu erklären, warum bestimmte Teilchen Masse haben. Wissenschaftler bestätigten ihre Existenz im Jahr 2012 durch die ATLAS – und CMS-Experimente am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz. Diese Entdeckung führte dazu, dass 2013 der Nobelpreis für Physik an Higgs und Englert verliehen wurde.,
Die erste ATLAS Inner Detector Endkappe nach vollständiger Einfügung in den Liquid Argon Cryostat. Credit: © CERN
Wissenschaftler untersuchen nun die charakteristischen Eigenschaften des Higgs-Bosons, um festzustellen, ob es genau den Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik entspricht. Wenn das Higgs-Boson vom Modell abweicht, kann es Hinweise auf neue Teilchen liefern, die nur über das Higgs-Boson mit anderen Standardmodellteilchen interagieren und dadurch zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen führen.,
der LHC-tunnel. Credit: © CERN
Higgs-Boson Facts
- Das Higgs-Boson erhält seine Masse genau wie andere Teilchen—aus seinen eigenen Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld.
- Es kann mehr als ein Higgs-Boson geben. Ein theoretisches Modell der neuen Physik sagt fünf Higgs-Bosonen voraus.
- Während das Higgs-Boson den Quarks, aus denen ein Proton besteht, Masse verleiht, ist es nur dafür verantwortlich, einem Proton etwa 10% seiner Masse zu geben., Die anderen 90% der Protonenmasse stammen aus den komplexen Wechselwirkungen der Quarks und der starken Kernkraft.
- Da das Higgs-Boson die Rolle hat, die Masse anderer Teilchen zu erzeugen, und die Tatsache, dass Dunkle Materie hauptsächlich durch ihre Masse nachgewiesen werden kann, kann das Higgs-Boson ein einzigartiges Portal sein, um Anzeichen dunkler Materie zu finden.
DOE Büro der Wissenschaft: Beiträge zur Higgs-Boson-Forschung
Der LHC am CERN ist der höchste-energy particle collider in der Welt. Es ist derzeit der einzige Ort, an dem Wissenschaftler Higgs-Bosonen erstellen und studieren können., Das DOE Office of Science (SC) steuerte wichtige Beschleunigermagnete bei, um den LHC zu konstruieren. DOE unterstützt auch viele Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker im LHC-Programm. Der LHC beherbergt vier große experimentelle Teilchendetektoren, von denen zwei teilweise vom SC-Büro für Hochenergiephysik unterstützt werden: ATLAS und CMS. US-Forscher machen etwa 20% bzw. 25% der ATLAS-bzw. CMS-Kollaborationen aus. Sie spielen auch Führungsrollen in vielen Aspekten jedes Experiments., Diese Experimente führen präzise Messungen der Eigenschaften des Higgs-Bosons durch, um festzustellen, ob es den Vorhersagen des Standardmodells entspricht oder Hinweise auf neue Physik bietet, neue Teilchen und ihre Wechselwirkungen erforscht und die neue Physik der Dunklen Materie identifiziert.