Es geht weiter mit dem Astrodicticum-Simplex-Buchclub. Wir lesen gemeinsam ein Buch und zwar “Die Vermessung des Universums” von Lisa Randall (Hinweis: Das hier ist keine komplette Rezension des Buches. Ich erwähne hier nur ein paar interessante Themen und gebe keinen vollständigen Überblick. Ich gehe davon aus, dass jeder der am Buchklub-Projekt mitmacht, das Buch auch selbst gelesen hat und über den Inhalt Bescheid weiß). Im ersten Teil haben wir über Sinn und Unsinn von langen Einleitungen diskutiert und über Randalls Erklärung der wissenschaftlichen Methodik. Im zweiten Teil haben wir gelesen, wie Randall Wissenschaft gegenüber Kunst und Religion abgrenzt. Im dritten Teil gab es eine Einführung in die Grundlagen der Teilchenphysik und die Funktionsweise eines Teilchenbeschleunigers und in Teil 4 hat Randall erzählt, was man mit so einem Beschleuniger alles entdecken kann und wie die Technik dahinter aussieht. Teil 5 handelte von der spannenden Konstruktionsgeschichte des LHC und den angeblichen Gefahren, die von ihm ausgehen. In Teil 6 wurde die Risikoabschätzung vertieft und erklärt, wie man in der Physik eigentlich exakte Messungen anstellen kann. In Teil 7 wurde es konkreter und wir haben erfahren, WIE der LHC Messungen anstellt und wie man sie korrekt interpretiert. Welche Kriterien bei der Erstellung von teilchenphysikalischen Modellen eine Rolle spielen, erörtert Randall in Teil 8 und stellt dann den Higgs-Mechanismus vor. Und um das Higgs-Teilchen geht es auch heute.

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Heute ist das Sonderkapitel an der Reihe, das in neue Ausgaben des Buchs anlässlich der Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahr 2012 eingefügt worden ist. Da dieses Kapitel in meiner Erstausgabe des Buchs fehlt, hat sich netterweise Mitleser stone1 bereit erklärt, ein bisschen was darüber zu schreiben. Vielen Dank!

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Diese Woche stand das als Anhang in den neueren Auflagen des Buches beigefügte Zusatzkapitel auf dem Programm, das in der deutschen Ausgabe den Titel “Die Higgs-Entdeckung. Die Macht des leeren Raumes.” trägt.

Wie immer beginnt Lisa Randall mit einer persönlichen Anekdote, sie war am 4. Juli 2012 gerade auf Urlaub in Griechenland, wo sie die offizielle Bekanntgabe der Entdeckung des Higgs-Teilchen erreichte, aber kurz darauf die Internetanbindung in die Knie ging.

Einige Tage später sollte sie bei einem Radiosender über die Entdeckung sprechen, und wollte allgemeinverständliche Worte finden, nachdem Dennis Overbye in der New York Times am Tag der Bekanntgabe schon mal schön formuliert hatte: “Wie Omar Sharif, der sich in Lawrence von Arabien in der flimmernden Wüste als Mann auf einem Kamel materialisiert, trat das schwer zu fassende Boson seit dem letzten Winter langsam in den Blick …”.

Sie verglich dann die Suche nach dem Higgs-Teilchen mit dem Finden eines Freundes in einem vollen und lauten Stadion, man versucht, die bekannte Stimme in der allgemeinen Geräuschkulisse zu finden, und da man die Suche einschränken kann (man weiß ja einiges über den Freund, so wie man vorher auch einige Eigenschaften des Higgs-Bosons vermutet hat), und so wie man mit diesen Informationen den Freund unter tausenden Personen in einem Stadion finden kann, konnte man die Higgs-Teilchen-Signatur eben auch im Hintergrundrauschen der Kollisionsdaten finden.

Am 4. Juli waren die Forscher mit der Analyse der Daten schließlich soweit, dass die Entdeckung bekannt gegeben werden konnte, in der Fachsprache spricht man von einem 5-Sigma-Niveau, was bedeutet, dass die Daten mit einer Wahrscheinlichkeit von 1,7 Millionen : 1 auf das vorhergesagte Higgsteilchen hindeuten.

Es folgt eine erneute Beschreibung des Higgs-Mechanismus, -Feldes und -Teilchens, welche im Wesentlichen noch mal die Sachen zusammenfasst, die wir schon aus anderen Kapiteln kennen.

Das Higgs-Feld ist, im Unterschied beispielsweise zu elektromagnetischen Feldern, nicht lokal begrenzt sondern füllt den gesamten Raum aus, und durch die Interaktion mit diesem Feld erhalten alle Elementarteilchen (natürlich mit Ausnahme der masselosen) ihre Masse, je größer diese ist, desto stärker wechselwirken sie mit dem Higgsfeld.

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Kommentare (9)

  1. #1 MartinB
    18. April 2014

    Kleine Korrektur: Als man am CERn den Grungstein fürs WWW legte, da war noch der LEP das Arbeitspferd, vom LHC war da noch nicht wirklich die rede. Der LEp hat aber mit der Higgs-Suche nicht viel zu tun, er war eine Maschine zur massiven Erzeugung von W- und Z-Bosonen.

  2. #2 stone1
    18. April 2014

    @MartinB:
    Danke für die Korrektur, da hab ich was durcheinandergewürfelt weil ich bei CERN immer zuerst an den LHC denke.

  3. #3 Till
    18. April 2014

    Das Higgs Feld klingt zunächst einmal ja nach einem verlockenden Kandidaten für die dunkle Energie. Ein Feld das überall im Universum eine von Null verschiedene Energie hat. Das klingt für mich sehr nach dem was bei Brian Greene in “The Hidden Reality […]” über das Inflaton Feld gechrieben steht: (Frei aus der Erinnerung übersetzt) Ein Feld das zunächst einen Hohen Wert besitzt und die inflationäre Ausbreitung des Universums antreibt. Dann wird das Feld durch Quantenfluktuationen gestört und fällt auf einen sehr geringen aber von Null verschiedenen Wert der die beschleunigte Expansion des Universums erklärt. Ob das jetzt aber im Detail mit den Modellen hinhaut kann ich nicht mehr beurteilen. Ich denke aber, dass schlaue Leute wie Randall und Greene schon fieberhaft daran arbeiten und wenn man das auf einfache Art und Weise herausfinden könnte, dann würden wir schon überall in den Nachrichten darüber lesen. Z.B. “Gottesfeld zerreißt das Universum” oder so.

  4. #4 stone1
    18. April 2014

    @Florian:
    Was noch fehlt ist eine Angabe, wie weit wir bis zum nächsten Mal lesen. Kapitel 17 ist einigermaßen umfangreich und wirft wahrscheinlich einige Fragen auf, Kapitel 18 ist dafür wieder recht kurz und würde Teil IV abschließen.

  5. #5 stone1
    18. April 2014

    @Till:
    Könnte durchaus sein, dass sich die Entdeckung des Higgs als wichtiger Schritt zum Verständnis der dunklen Energie herausstellt. Ich hab diesen Artikel dazu gefunden, aber keinen Account um mir das Paper dazu anzusehen. Und selbst wenn, würde ich den Großteil wahrscheinlich sowieso nicht verstehen.

  6. #6 Sotho Tal Ker
    18. April 2014

    Den Artikel von Krauss et. al. gibts auch bei arXiv: http://arxiv.org/abs/1306.3239

  7. #7 Florian Freistetter
    18. April 2014

    @stone1 “Was noch fehlt ist eine Angabe, wie weit wir bis zum nächsten Mal lesen.”

    Argh – hab ich in der Eile vergessen

  8. #8 stone1
    19. April 2014

    Ich versuche mal zusammenzufassen, was ich an der Arbeit von Krauss et. al. (Danke für den arxiv-Link @Sotho Tal Ker, hätte ich auch selber drauf kommen können) eventuell verstanden habe:

    Wie auch Randall gehen sie davon aus, dass es noch weitere fundamentale skalare Felder gibt, die über das sogenannte Higgs-Portal mit dem Higgs-Boson koppeln.
    Unter gewissen Voraussetzungen könnte ein solcher (anscheinend relativ einfacher, aber bei den Formeln steig ich nicht ganz durch, das ist mir zu mühsam) Mechanismus genau die Effekte der dunklen Energie verursachen, die man gemessen hat.

    In heutigen Teilchenbeschleunigern könnte man diesen Mechanismus noch nicht untersuchen aber eventuell kosmologisch. Es hängt davon ab, ob das Universum
    weiter in einem mutmaßlich falschen Vakuumzustand bleibt oder wir uns davon wegbewegen.

    Mit einem solchen Mechanismus der dunklen Energie hätte man sozusagen einen Fuß in der Tür des zugrundeliegenden und noch viel schwieriger zu lösenden Rätsels der kosmologischen Konstante.

  9. […] in Teil 8 und stellt dann den Higgs-Mechanismus vor. Die Entdeckung des Higgs-Teilchens wurde in Teil 9 besprochen und Teil 10 beschäftigte sich mit der Supersymmetrie, Extradimensionen und all dem […]