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April 2016 - Besuch der Sternwarte Urania, Zürich

Das genaue Datum wird noch bekannt gegeben.

Zeitschrift Orion

Die Fachzeitschrift
für Astronomie

Referat von Frau Dr. Giovanna Davatz

Da lehrte ich noch vor wenigen Jahren, dass Atome die kleinsten unteilbaren Teilchen seien. Giovanna Davatz, Referentin bei der Naturforschenden Gesellschaft Graubünden, lehrte mich und wohl eine grosse Anzahl von Zuhörenden kürzlich eines Besseren, als sie  in einem Referat auf die Higgs-Teilchen einging, welche im CERN Meyrin bei Genf bereits über 500 mal nachgewiesen werden konnten.

image002Mit dem  Large Hadron Collider (LHC, deutsche Bezeichnung Großer Hadronen-Speicherring) ist ein Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf gelang es zum ersten Mal, Higgs-Teilchen nachzuweisen.

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Lage und Größe des LHC, zusammen mit dem kleineren Ring des SPS

Der direkte Vorläufer des LHC war der bis zum Jahr 2000 betriebene Large Electron-Positron Collider (LEP). Für ihn war in den 1980er Jahren der Ringtunnel gebaut worden, in dem sich heute der LHC befindet.

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Tunnel des LHC in fertigem Zustand

Im Jahr 1964 hatte der theoretische Physiker Peter Higgs eine gewagte Idee: Es gibt ein Teilchen, das den anderen, zahlreichen Materie-Teilchen ihre Masse verleiht. Diese Hypothese entwickelte er auf dem Papier, mit physikalisch-mathematischen     Formel-Beweisen.

Bis dahin hatten Quarks, Elektronen und Neutrinos nach anerkannter mathematischer Definition keine Masse. Sie würden unaufhörlich mit Lichtgeschwindigkeit umher rasen. Das tun sie aber nicht: Also muss sie irgendetwas bremsen, ihnen Masse und Gewicht geben. Higg

Genau das soll das Higgs-Teilchen tun. Und zwar sollen diese Higgs-Teilchen überall im Universum ein feinmaschiges Netz bilden, in dem die Bestandteile der Materie hängen bleiben. Higgs-Teilchen sind demnach so etwas wie der Klebstoff, der die verschiedenen Elementarteilchen zusammenhält, aus denen Materie, also auch der Mensch besteht.

„Das Higgs hat viele Väter“

„In den 60er Jahren standen die Wissenschaftler vor einem Problem: Ihr damaliges Theorie-Gebäude konnte die Masse der Elementarteilchen nicht erklären – allerdings haben nachweislich die meisten Elementarteilchen eine Masse. Ohne Masse würde die Welt nicht funktionieren: hätten beispielsweise Elektronen keine Masse, könnten sie gar nicht in den Atomhüllen gebunden bleiben. Es gäbe keine Atome.
Insbesondere erlaubte die unvollständige Theorie nur masselose Kraftteilchen, wie das Photon, Botenteilchen der elektromagnetischen Kraft. So passt auch die im Experiment gemessene Masse der W- und Z-Teilchen, der Botenteilchen der Schwachen Kraft, nicht in die bisher bestätigten Teile des Modells. Dabei erklärt die große Masse dieser Kraftteilchen, warum die Schwache Kraft eine so kurze Reichweite hat, die elektromagnetische Kraft mit dem masselosen Photon als Kraftteilchen hingegen eine unendliche Reichweite.
Um die Masse der W- und Z-Teilchen widerspruchsfrei in das damalige Theoriegebäude einzubauen, schlugen einige Wissenschaftler (Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs, Kibble, Goldstone und Nambu) in den 60er Jahren eine Erweiterung des Standardmodells vor.

Das Higgs

• hat eine Masse von etwa 125 GeV

• hat den Spin 0, ist also ein Boson

• wurde in den 1960er Jahre vorhergesagt...

• ... und 2012 am CERN entdeckt

• 2013 gab es den Nobelpreis für die theoretischen Vorhersagen für Peter Higgs und François Englert.“

/entnommen aus www.Weltmaschine.de/HintergrundinformatioenLDas Higgs-Teilchen

Wo sind aber die Higgs anzusiedeln?

Teilen wir die Bausteine des Standardmodells der Teilchenphysik in vier Gruppen auf:

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Die Elementarteilchen im Standardmodell: violett: Quarks; grün: Leptonen; rot: Austauschteilchen;/ Eichboson: gelb: Higgs-Boson

  1. Quarks, also die Kernbausteine Proton, Neutron
  2. Leptonen, zum Beispiel das Elektron oder das Myon
  3. Eichbosonen, die die Wechselwirkungen zwischen Teilchen vermitteln / auch als Austauschteilchen, Botenteilchen, Trägerteilchen, Kraftteilchen oder Wechselwirkungsteilchen bezeichnet.
  4. Higgs-Feld: Es trägt massgeblich dazu bei, dass die meisten Elementarteilchen eine Masse haben.

 Der Higgs-Mechanismus

 
Stellen sie sich eine Versammlung vieler Personen vor, die gleichmäßig in einem Saal verteilt sind und sich alle mit ihrem nächsten Nachbarn unterhalten.    Nun erscheint Roger Federer und durchquert den Raum. Alle Anwesenden in seinner Umgebung werden stark von ihm "angezogen" und scharen sich um ihn herum. Während er sich bewegt, zieht er die Personen an, denen er nahe kommt, wogegen diejenigen, von denen er sich entfernt, sich wieder gleichmässig im Raum verteilen. Aufgrund der Menschentraube (Traube: engl. Cluster) um ihn herum besitzt er eine größere Masse als normal. Deswegen hat er während der Bewegung durch den Raum eine größere kinetische Energie bei gleicher Geschwindigkeit. Einmal in Bewegung ist er nur schwer zu stoppen, und einmal in Ruhe ist er nur schwer in Bewegung zu versetzen, weil die Traubenbildung um ihn herum neu beginnen muss.    
Das Ganze in drei Dimensionen betrachtet und unter Berücksichtigung der Relativitätstheorie - ist der Higgs-Mechanismus.   (Beispiel abgeändert nach Dr. Giovanna Davatz)

Zerfall des Higgs

In einem Bericht in „Welt der Physik 2014“ fand ich zu den Higgs Folgendes:

Das Higgs-Teilchen ist extrem kurzlebig und lässt sich deshalb nur mithilfe seiner Zerfallsprodukte ausfindig machen. Im CMS-Experiment am Teilchenbeschleuniger LHC konnten Wissenschaftler nun den direkten Zerfall des Higgs-Teilchens in Fermionen nachweisen. Aus dieser Gruppe von Elementarteilchen ist die Materie aufgebaut. Bisher hatte man nur gemessen, wie das 2012 entdeckte Teilchen direkt in Bosonen – diese Partikel vermitteln Kräfte zwischen Fermionen – zerfällt. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift „Nature Physics“.

Mit den Teilchenbeschleunigern und der Entdeckung des Higgs  und deren Auswertungen glaubt man, näher an den Urknall heranzukommen. Schwarze Löcher als Objekte, deren Gravitationen so extrem stark sind, dass aus diesem Raumbereich keine Materie und kein Lichtsignal nach außen gelangen kann, dürften mit den Higgs-Teilchen womöglich erklärt werden können. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie verformt eine ausreichend kompakte Masse die Raumzeit so stark, dass sich ein Schwarzes Loch bildet. Die Anwendung der Relativitätstheorie in der Praxis als sehr nützlich erwiesen, beim Spielen zu sein. Diejenigen, die es angewandt wurde sehr erfolgreich. Entwickeln Sie ihre Fähigkeiten und Talente zu den besten Gaming-Plattform Holland online casino.

Aufgrund der Komplexität und der Unmöglichkeit der Vorstellungen muss es uns/mich nicht erstaunen, dass Fragen aus dem Publikum gestellt wurden über die Zeit vor dem Urknall.

Meine Schlussbemerkung:

1 Ueber 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter werden im CERN beschäftigt. Geforscht wird in die endliche, unendliche Zeit und Distanz. Aber hätten wir nicht hier auf dem Planeten Erde Probleme zu lösen, Probleme über Nahrungsverteilung, religiöse Auseinandersetzungen, der Kampf um Vormacht, um Gewinn, um Wasser usw.

2. Ich masse mir nicht an, alles verstehen zu können und entschuldige mich für Ungenauigkeiten. Gerne nehme ich Korrekturen und Ergänzungen entgegen.

Vielleicht liegt in dieser Arbeit der Grundstein für eine Diskussion in der Astronomischen Gesellschaft Graubünden. Wer wagt sich, verständlich uns Laien dank Higgs näher an den Urknall heranzuführen?

Und vielleicht trägt gerade die Wissenschaft für bessere „Völkerverständigung“ bei. Warum diese Ausschweifung? Einleitend berichtete Frau Dr. Davatz, dass 1000 Wissenschaftler im CERN arbeiten, 1000 Personen aus aller Welt. Und dass alle „irgendwie“ miteinander „wirken“ können trotz Sprachen-, Kultur- oder Religionsunterschieden.

„Was wir wissen, ist ein Tropfen; war wir nicht wissen, ein Ozean. (Isaac Newton)

Paul Furrer-Bischofberger, Chur

Chur. 4. März 2016