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Physiker berechneten mehr Elementarteilchen im Atomkern

23.06.2020

Mit mehr Elementarteilchen im Atomkern als bisher angenommen rechnen Forscher der Universität Graz. Sie haben mit Kollegen der Universität Wien und dem Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften errechnet, dass zusätzlich ein Higgs-Teilchen im Proton sein sollte. Die Berechnungen wurden in Open Access in "Physical Review D" publiziert.

Teilchenphysiker fügen die elementaren Bausteine und Kraftfelder unserer Welt in einem komplexen Modell zusammen. Dieses sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik könnte im Hinblick auf die Protonen durch die neuen Erkenntnisse der österreichischen Physiker eine Erweiterung erfahren, denn sie haben Hinweise auf mehr Elementarteilchen gefunden, wie die Universität Graz mitteilte.

Im Kern eines Atoms befinden sich Neutronen und Protonen. Diese setzen sich aus weiteren Elementarteilchen zusammen, nämlich jeweils aus drei Quarks. "Es war bisher bekannt, dass ein Proton aus drei Quarks besteht und dass dort viele Quanteneffekte stattfinden", beschrieb der Grazer Teilchenphysiker Axel Maas vom Institut für Physik der Uni Graz. Wie er gemeinsam mit seinem Institutskollegen Simon Fernbach und Wissenschaftern aus Wien anhand von Messungen am Teilchenbeschleuniger des europäischen Kernforschungszentrums CERN rekonstruiert hat, deuten nunmehr die Auswertungen auf ein Higgs-Teilchen als vierte Komponente hin. "Das ist verträglich mit dem, was wir bis jetzt wissen. Es ergänzt und erweitert unser Bild vom Proton", so der Forscher. Ausgewertet wurden Daten der Atlas- und CMS-Experimente.

Genauere Untersuchungen mit ausgebautem LHC

Für genauere Untersuchungen und eine endgültige Bestätigung der Berechnungen zum Higgs-Boson werde allerdings ein Ausbau des Large Hadron Collider (LHC) im französisch-schweizerischen Grenzgebiet bei Genf benötigt. Dann wollen die Forscher die exakte Größe des Anteils, den das Higgs-Boson am Proton hat, bestimmen. "Bis dahin geht uns die Arbeit nicht aus. Wir werden weitere Daten auswerten, die bereits existieren", sagte Axel Maas im Gespräch mit der APA.

Das Higgs-Boson wurde 2012 am CERN nachgewiesen und wird seither intensiv weiter erforscht. Es ist ein Elementarteilchen und einer der wichtigsten Bausteine des Standardmodells der Physik: Mit dem sogenannten Higgs-Mechanismus wird erklärt, wie die anderen Teilchen - also die Grundbausteine der Materie - ihre Masse erhalten. Dem Modell zufolge erhalten die Elementarteilchen ihre Masse durch die Wechselwirkung mit einem Higgs-Feld, welches das ganze Universum durchzieht.

Service: S. Fernbach, L. Lechner, A. Maas, S. Plätzer, R. Schöfbeck, "Constraining the Higgs boson valence contribution in the proton", Physical Review D", Juni 2020, https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.101.114018

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