Was ist das eigentlich, mit dem Higgs-Teil- chen? Woher kommt all der Trubel, und vor allen Dingen auch der Jubel über seine Entdeck- ung? Und was bedeutet das alles für uns im Alltag? Das Higgs-Teilchen ist ja am 4. Juli 2012 an- nonciert worden. Es ist natürlich lange vorher entdeckt worden, aber davon später mehr. Zu- nächst einmal: Das Besondere am Higgs-Teilchen ist erstens, es ist nach Peter Higgs benannt worden. Kein anderes der Elementarteilchen, die wir kennen, hat den Namen eines Menschen. Sondern hier haben wir das Standardmodell der Teilchenphysik, was ihr hier seht, und die lilafarbenen, das sind die Quarks. Das sind die Teilchen, die die Materie aufbauen. Up- und down-Quarks, das sind diejenigen, die die Protonen und die Neutronen aufbauen, also das Material, aus dem wir sind. Dann gibt’s hier noch charm, strange, bottom und top, und das sind Quarks, von denen man früher mal gesagt hat, niemand hat die bestellt, für was braucht man die ei- gentlich? Für die Theorie sind sie ganz wichtig, um verschiedene Reaktionen zu erklären. Unten haben wir die Leptonen, die grünen, das sind die leichten Teilchen. Da ist zum Bei- spiel unten das Elektron, und dann gibt’s die ganzen Neutrinos, die auftreten bei bestimmten Kern- reaktionen. Und dann haben wir hier, in diesem

Modell, noch die vier, oder die drei – eigentlich sind es nur drei – Wechselwirkungsfamilien: das Photon, das gehört zur elektromagnetischen Wechselwirkung; das Gluon oder die Gluonen, das sind Teilchen, die kleben. Das sind diejenigen, die innerhalb eines Atomkerns die Atomkerne zusammenhalten, gegen die allgemeine, zum Bei- spiel elektromagnetische Abstoßung von Ladungen. Zum Beispiel hier beim Helium, da denkt man nicht dran: Klar, Helium hat zwei Protonen, zwei Neutronen. Eigentlich sollten sich doch gleich- namige Ladungen, also zwei Protonen, abstoßen. Die sollten sich abstoßend finden. In einem Atom- kern, der ohnehin sehr klein ist, auch noch zwei gleichnamige Ladungen zusammenzupressen – die Neutronen sind ja neutral, die machen kein Problem, aber wieso, was hält die fest? Es sind die Gluonen. Und dann gibt’s die W- und Z- Bosonen, und da, Achtung: Da solltet ihr mal genau- er hingucken. Ihr solltet überhaupt mal genauer hingucken, was da alles noch so steht: Da stehen nämlich Massen drin. Während also das Photon und die Gluonen keine Ruhemasse haben, haben die Z- und W-Bosonen eine Masse. Das wird typischerweise ausgedrückt in Energie, ist nicht so wichtig, das Wichtige ist: Die haben eine Ruhemasse. Das heißt, ihre Wirkungslänge ist beschränkt. Die kön- nen nicht beliebig irgendwo wirken, sondern sind

nur auf die Nukleonen, also auf die Bausteine von Atomkernen selber beschränkt. Und daneben steht jetzt das Higgs-Boson. Ein Boson ist ein Vermittler von Kraft. Dann, wenn es einen ganz- zahligen Spin hat – und Null ist eine ganze Zahl, das hat also einen ganzzahligen Spin, so wie alle Bosonen, wie man sehen kann – und der hat sogar eine Masse, aber davon später mehr. Ihr seht bei den anderen Elementarteilchen auch jede Menge Zahlen, und das ist sehr verwunder- lich. Denn diese ganzen Massen, die da drauf- stehen, die kann das Modell gar nicht erklären. Man könnte praktisch sagen, die Vorhersage des Elementarteilchenmodells war: Es gibt sechs Quarks, und es gibt sechs Leptonen. Gut. Und da- mit war’s das. Und dann gibt’s noch die Teilchen, die die Kräfte vermitteln. Finito. Was aber die- ses Modell überhaupt nie vorhersagen konnte, ist, welche Massen diese Teilchen haben. Da liegt der Hase im Pfeffer. Und das ist ein Prob- lem, auf das wir in der Elementarteilchenphysik immer und immer wieder stoßen, dass wir bei der Beantwortung einer Frage schon wieder mer- ken: Wir kriegen gar keine wirklich vollständige Antwort, sondern immer nur eine, die auf eine weitere Ebene verweist. Wenn man sich überlegt,

wir hätten das Higgs-Teilchen nicht gefunden, wir haben’s noch nicht, dann muss man sich die Frage stellen, woher kommen die Massen dieser Teilchen? Das heißt, wir müssen eine Ebene der Beschreibung ändern. Wir müssen etwas drumherum setzen und müssen sagen, es muss eine Wechselwirkung geben, die den Teilchen die Masse vermittelt. Und da kommt eben dieses Higgs-„Feld“, erstmal, ins Spiel. Worum geht es da? Da muss man sich erst- mal die Frage stellen, worum geht es überhaupt bei Masse? Was ist denn eigentlich Masse? Ist Masse eine Eigenschaft, die unabhängig von der Wechselwirkung stattfindet? Oder ist Masse doch nur eine Eigenschaft, die ich einem Körper zuordne, der eben eine Wechselwirkung zeigt? Und bei der Gravitation? Die habe ich ja immer, ich kann ja die Gravitation gar nicht ausschal- ten. Also was ist eigentlich Masse? In der Elementarteilchenphysik hat man Folgendes raus- gefunden: Man kann die Wechselwirkung von Teilchen folgendermaßen darstellen, indem man dem Teilchen eine Ruhemasse gibt und dieses Teilchen dann mit irgendwelchen Wechselwirkungs- bosonen interagieren lässt, wechselwirken lässt. Schön. Man kann aber auch dem Teilchen gar keine Masse geben, m = 0, und man lässt das Teilchen ständig wechselwirken. Und dann scheint es eine Masse zu bekommen, dadurch, dass es pausenlos

wechselwirkt. Ein ganz einfaches Beispiel: Wir haben einen Riesen-Swimmingpool, 200 Meter lang, voller Wasser. In diesem Swimmingpool, am Bo- den, schön mit Schnorchel ausgerüstet, geht ein Mensch. Im Wasser. Wirklich unter Wasser, er geht auf dem Boden des Swimmingpools durchs Wasser. Parallel dazu läuft jemand am Swimming- pool-Rand entlang. Jetzt könnt ihr euch natürlich überlegen, wer geht schneller? Natürlich, genau, der der draußen ist. Der muss nämlich gegen den Widerstand dieses Wassers nicht anlaufen. Da draußen können eine dickere Person und eine dünnere Person nebeneinander laufen, die mer- ken nichts vom Widerstand der Luft. Aber eine dickere oder dünnere Person im Wasser, das macht sehr wohl einen Unterschied. Und genauso, wie dieses Wasser im Swimmingpool auf die Bewegung der Personen wirkt, so wirkt – das war die Idee von Peter Higgs und einigen anderen – so wirkt das Higgs-Feld auf die Wechselwirkungen der Teilchen, die die Materie aufbauen. Also irgend- wie so ein kosmischer Swimmingpool. Überall im Universum gibt es dieses Feld, das ist schon mal interessant, weil es schon eine Art von Revolution ist. Was unterscheidet das Higgs-Feld jetzt von anderen physikalischen Feldern? Was

haben wir denn da? Alle, die wir kennen – das sind ja Felder, die von Ladungen ausgehen. Hier zum Beispiel eine elektromagnetische Ladung, da geht ein elektrisches Feld aus, und dieses elektrische Feld hat Wirkungen in die Umgebung. Also wenn da eine andere Ladung ist, dann spürt diese andere Ladung dieses Feld. Die beiden La- dungen ziehen sich an, wenn sie ungleichnamig sind; wenn sie gleichnamig sind, stoßen sie sich ab. Gravitationsfelder. Die Sonne hat ihr Gravi- tationsfeld, in der allgemeinen Relativitäts- theorie ja die Krümmung der Raumzeit, also das Feld ist da, ist auf die Sonne zentriert, die Planeten bewegen sich drum herum. Der Mond, im Gravitationsfeld der Erde und der Son- ne, und so weiter und so weiter. Das sind alles Felder, die eine Richtung haben, nämlich Rich- tung hin zur Quelle, zu den Quellen, die dafür verantwortlich sind, dass die Felder da sind. Jetzt machen wir mal Folgendes: Jetzt nehmen wir mal die ganzen Ladungen aus dem Universum raus. Wir nehmen die ganzen Massen aus dem Universum raus. Alles weg, und jetzt? Genau. Was dann immer noch übrig bleibt, ist zum Bei- spiel das Higgs-Feld. Das bleibt da einfach üb- rig. Das kannst du nicht rausnehmen. Das kannst du aus dem Universum nicht rausnehmen. Also, wie soll man sagen, das kann man sich nicht rausnehmen, das Higgs-Feld aus dem Universum rauszunehmen. Das geht nicht. Das ist das Be- sondere. Es ist ein universelles Feld. Überall im Universum. Und dass das dann auch noch

so eine Selbstanregung zeigt wie diese Strudel, um bei diesem Swimmingpool-Bild zu bleiben, oder im Seebild diese Schaumkrönchen, das macht es erstmal zu einem Feld, das entdeckt werden kann anhand seiner Wirkung, anhand seiner Selbst- Wechselwirkung. Deswegen kann man das Boson dann da tatsächlich auch entdecken. Die Begeis- terung über die Entdeckung des Higgs-Bosons ist ja natürlich erstmal experimentell. Es ist ja eine wahnsinnige Messanlage, die da unten im Schweizer Untergrund aufgebaut worden ist, gewaltige Detektoren, der Atlas-Detektor, diese riesige Beschleunigeranlage, wo auf ganz nied- rigen Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt in sehr starken Magnetfeldern mit ei- ner wahnsinnigen Präzision Teilchen aufeinander geschossen worden sind… Deswegen die große Begeisterung. Man muss sich mal überlegen, mit welcher Präzision da Teilchen aufeinandertreffen, die treffen sich ja immer wieder in diesen großen Messkollektoren. Millionen, Abermilliarden Mal, Billionen Mal wurden diese Teilchen aufeinander geschossen, um gewisse Zerfallsprozesse zu fin- den, um nachzugucken, das kann nur, ja – kann das nur das Higgs-Boson gewesen sein, oder gibt’s noch was anderes? Eine Unmenge von Mög- lichkeiten, die da unten existieren, von Com- putern ausgelesen, und zwar sogar von Konkurrenz-

computern ausgelesen. Die einen haben es aus- gelesen, die anderen haben es nochmal ausgelesen, es wurde ein Datenaustausch vorgenommen, um ganz sicher zu sein, dass es hier nicht um sta- tistisches Rauschen geht, sondern um wirkliche, tatsächliche Ereignisse, die nur und ausschließ- lich auf das Higgs-Teilchen zurückzuführen waren. Das war erstmal wichtig. Aber die wirkliche Auf- regung im Hintergrund, da wo der Sekt dann rich- tig geflossen ist, da geht’s um was ganz anderes. Naja, nicht um ganz was anderes. Das Higgs-Bo- son, die Entdeckung des Higgs-Bosons verweist auf die Existenz eines Feldes, des Higgs-Feldes. Und das ist der wirkliche Kracher. Das Higgs- Feld gehört zu den Anfangsbedingungen des Uni- versums. Man muss sich das mal überlegen: Die Menschheit baut einen Beschleuniger, um Teil- chen auf ziemlich hohe Energien zu beschleunigen, um herauszufinden – und das muss man sich auf der Zunge zergehen lassen: Wie sah das Universum aus, als es eine Trillionstel Sekunde alt war? Das sind die Zustände, die energetischen Zu- stände, die in dem großen Hadronen-Beschleu- niger erzeugt werden mussten, um an dieses Higgs-Boson heranzukommen. Die Selbstanregung des Higgs-Feldes, eines skalaren Feldes, das seit

Anbeginn der Zeiten den Quarks ihre Ruhemasse gibt. Wahnsinn. Dass wir das in einem Beschleu- niger geschaffen haben, das finde ich ganz enorm. Dafür natürlich auch aller Ehren wert. Umso erstaunlicher, dass dann doch irgendjemand bei dieser ganzen Sucherei nach diesem Teilchen wieder auf den Fehler verfallen ist, aus einem Titel, den ein Elementarteilchenphysiker bei seinem Herausgeber mal angemeldet hat – das war der Physiker Leon Lederman, der wollte ein Buch über das Higgs-Teilchen schreiben. Damals war es noch nicht entdeckt. Und er hat also mit dem Titel „The God Damned Particle“ ausdrücken wollen: Meine Güte, das ist ja so schwer zu fin- den, Herrgott nochmal. Und dann wurde tatsächlich das „damned“ herausgenommen, und dann wurde daraus das Gottesteilchen gemacht. Das Higgs- Teilchen, daraus wurde ein Gottesteilchen gemacht. Und schon ist man wieder bei dem alten Miss- verständnis, dass die Suche nach den ewigen Bau- steinen der Materie zugleich eine Suche nach Gott sei. Nein, ist es nicht! Es geht erstmal darum, Inventur zu machen! Was ist in dieser Welt? Und wir waren ja sehr erfolgreich bei der Suche nach den Elementarteilchen in den letzten Jahrzehnten. Man muss sich das mal über- legen: Die Theorie sagt ein Teilchen voraus, Bingo, gefunden. Und gefunden. Alle Teilchen

in dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik sind entdeckt worden, klasse. Das einzig Blöde war halt, dass man nicht versteht, woher kommen die Massen von den Quarks? Und da ist eben das Higgs-Feld zunächst einmal ein Ausweg. Es ist keine finale Lösung, leider nicht, denn es ver- weist schon wieder darauf, da muss es noch viel mehr geben. Und das Tolle ist, das wirklich Tolle, finde ich, dass es mit der Kosmologie zu- sammengeht. Das, was da in einem Schweizer Teil- chenbeschleuniger gefunden wird, ist ein kos- misches Phänomen, das im gesamten Universum eine Rolle spielt und sogar möglicherweise einen Hinweis darauf liefert, warum das Universum ganz am Anfang, nämlich genau, als es so klein war wie ein Elementarteilchen, diese Energien hatte, nämlich, warum es sich so entwickelt hat und nicht anders. Insofern ist die Suche nach dem Higgs-Teilchen eine Etappe in dieser grandiosen Etappe der kosmischen Ahnenforschung. Das Higgs ist möglicherweise einer dieser Fährmänner, die uns über einen Fluss rüberbringen, in ein Land, von dem wir noch überhaupt keine Ahnung haben, was uns da erwartet.