LHC gibt neue Ergebnisse zum Zerfall des Higgs-Bosons bekannt

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Redaktion der Website für technologische Innovationen – 23. Juli 2025

Suche nach dem Zerfall des Higgs-Bosons in ein Z-Boson und ein Photon in 13,6-TeV-Kollisionen mit dem ATLAS-Detektor. [Bild: Atlas/Cern]

Zerfall des Higgs-Bosons

Die Atlas Collaboration, das Team, das für einen der vier großen Detektoren am Large Hadron Collider (LHC) verantwortlich ist, gab bekannt, dass es zuverlässigere – wenn auch nicht schlüssige – Ergebnisse zum Zerfall des berühmten Higgs-Bosons oder Gottesteilchens erzielt habe, jenes Teilchens, von dem angenommen wird, dass es allen anderen Teilchen Masse verleiht.

Seit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 haben Physiker jede Anstrengung unternommen, seine Eigenschaften zu erforschen, insbesondere weil es eine Energie (125 GeV) besitzt, die an der Grenze dessen liegt, was laut Theorien existieren sollte.

Die neuen Ergebnisse betreffen zwei außergewöhnlich seltene Zerfälle des Higgs-Bosons, die Aufschluss darüber geben sollen, wie gut das tatsächliche Verhalten des Bosons mit dem Standardmodell der Teilchenphysik übereinstimmt: den Zerfall des Higgs-Bosons in ein Z-Boson oder in ein Photon.

Der erste Prozess beinhaltet den Zerfall des Higgs-Bosons in ein Myonenpaar (H→μμ). Obwohl dieser Prozess nur einmal pro 5.000 Higgs-Zerfällen auftritt, bietet er die beste Gelegenheit, die Wechselwirkung des Higgs mit Fermionen der zweiten Generation zu untersuchen und so den Ursprung der Masse in verschiedenen Generationen aufzuklären.

Der zweite untersuchte Prozess war der Zerfall des Higgs-Bosons in ein Z-Boson und ein Photon (H→Zγ), wobei das Z-Boson anschließend in Elektronen- oder Myonenpaare zerfällt. Dieser seltene Zerfall ist besonders faszinierend, da er über eine Zwischenschleife virtueller Teilchen erfolgt. Tragen neue Teilchen zu dieser Schleife bei, könnte der Prozess Hinweise auf neue physikalische Phänomene jenseits des Standardmodells liefern.

Das jüngste und bedeutendste Ergebnis des LHC war die Messung der Masse des W-Bosons . Dies bedeutet neue physikalische Phänomene, wie neue Teilchen oder Wechselwirkungen, oder gar „ neue Physik “. [Bild: CMS/CERN]

Noch lange nicht das letzte Wort

Um die Sensibilität ihrer Suche zu erhöhen, kombinierten die ATLAS-Physiker die Daten der ersten drei Jahre aus Runde 3 (erhoben zwischen 2022 und 2024) mit dem vollständigen Datensatz aus Runde 2 (von 2015 bis 2018). Sie entwickelten außerdem eine Methode zur besseren Modellierung von Hintergrundprozessen, kategorisierten die aufgezeichneten Ereignisse nach spezifischen Higgs-Produktionsmodi und verfeinerten ihre Ereignisauswahltechniken, um die Wahrscheinlichkeit der Erkennung echter Signale zu maximieren.

Bei der vorherigen Suche nach H→μ&mu, bei der der gesamte Datensatz der zweiten Runde verwendet wurde, entdeckte die ATLAS-Kollaboration den ersten Hinweis auf diesen Prozess auf der Ebene von zwei Standardabweichungen bzw. 2 Sigma (5 Sigma ist erforderlich, damit ein Ergebnis als Entdeckung gewertet werden kann). Das vergleichbare Ergebnis von CMS, einem anderen LHC-Detektor, erreichte eine Signifikanz von drei (2,5) Standardabweichungen.

Mit den kombinierten Datensätzen hat die Kollaboration nun Hinweise auf einen H→μμ-Zerfall mit einer Signifikanz von 3,4 Standardabweichungen gefunden – das heißt, die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Ergebnis um eine statistische Schwankung handelt, liegt bei weniger als eins zu 3.000.

Für den H→Zγ-Prozess ergab eine vorherige kombinierte ATLAS- und CMS-Analyse mit Daten aus Runde 2 3,4 Standardabweichungen. Das kombinierte Ergebnis liegt nun 2,5 Standardabweichungen über der Basishypothese allein. Dieses Ergebnis bietet die bisher höchste Sensitivität zur Messung der Zerfallswahrscheinlichkeit („Verzweigungsanteil“) von H→Zγ.

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