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Physik

Higgs-Entdeckung ausgezeichnet (22.07.2017)


Der 4. Juli 2012 war ein großer Tag für die Teilchenphysik. Die beiden Experimente ATLAS und CMS am Large Hadron Collider LHC am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf gaben die Entdeckung des langgesuchten Higgs-Teilchens bekannt. Nun wurde diese Entdeckung mit dem renommierten "High Energy and Particle Physics Prize" der Europäischen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet. Die Preisverleihung fand am heutigen Morgen (Montag) in Stockholm im Rahmen der "International Europhysics Conference on High Energy Physics" statt. Prof. Karl Jakobs (Universität Freiburg), Sprecher der deutschen Gruppen im ATLAS-Experiment: „Wir sind sehr glücklich über die Anerkennung dieser Entdeckung. Mit diesem Preis werden zeitnah die Leistungen der Sprecher der Experimente und der vielen Physiker und Ingenieure, die an dieser Entdeckung Anteil haben, gewürdigt. Jetzt richtet sich unser Blick wieder nach vorne, auf das was noch geschehen könnte, wenn der LHC 2015 mit nochmals verbesserter Leistung wieder in Betrieb gehen wird.“

Was war geschehen: Vor 50 Jahren steckte die Teilchenphysik in einer Sackgasse. Man hatte eine überzeugende Theorie entwickelt, die das Verhalten der Elementarteilchen – der kleinsten Bausteine der Welt – in nahezu allen Aspekten erfolgreich vorhersagte. Doch die Theorie hatte einen eklatanten Fehler. Sie behauptete, dass alle Materie masselos sein müsse. Da hatten Peter Higgs und einige Kollegen 1964 eine rettende Idee. Sie erfanden ein Feld und damit verbunden ein neues Teilchen, das den anderen Elementarteilchen eine Masse verleihen sollte, und retteten damit die so erfolgreiche Theorie. Feld und Teilchen wurden später nach dem britischen Physiker Peter Higgs benannt und nun nach Jahrzehnten des erfolglosen Suchens am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf entdeckt. Eine grandiose Bestätigung einer visionären Idee.

Deutsche Teilchenphysiker haben an dieser Entdeckung maßgeblichen Anteil. Sie sind seit Beginn der Planung des LHC-Projekts vor über 20 Jahren beteiligt. Sie haben die Technologien mit entwickelt, Teile der riesigen Detektoren gebaut und schließlich zur Auswertung der Daten, die den Nachweis des Higgs-Teilchens erbrachte, wesentlich beigetragen. Forschergruppen an 16 Universitäten, dem Max-Planck-Institut für Physik in München und den beiden Helmholtz-Forschungszentren DESY und KIT arbeiten gemeinsam an den beiden Experimenten. Sie werden insbesondere durch die BMBF-Forschungsschwerpunkte FSP-101 (ATLAS) und FSP-102 (CMS) im Rahmen der Verbundforschung gefördert. Zusammen arbeiten mehr als 700 deutsche Wissenschaftler an den beiden Experimenten, davon etwa 400 Nachwuchswissenschaftler.

Der LHC ist ein europäisches Projekt. Selbst Deutschland hätte nicht genügend Möglichkeiten, ein solches Projekt im Alleingang durchzuführen. Erst durch die Bündelung von Ressourcen aus ganz Europa wurde das LHC-Projekt möglich. Hierzu Prof. Stahl (RWTH Aachen University), Sprecher der deutschen CMS-Gruppen: "Der LHC ist eine Erfolgsgeschichte europäischer Integration. Durch die enge Zusammenarbeit am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf hat Europa den Sprung an die Weltspitze geschafft und wird nun dafür ausgezeichnet."

Das Foto wurde bei der Preisverleihung am 22.7. in der Aula Magna der Universität Stockholm aufgenommen.
Von links nach rechts:
Prof. Karl Jakobs, Universität Freiburg, Sprecher der deutschen Gruppen im ATLAS Experiment
Prof. Peter Jenni, Universität Freiburg und CERN,
Prof. Tejinder Virdee, Imperial College, London,
Prof. Achim Stahl, RWTH Aachen University, Sprecher der deutschen Gruppen im CMS Experiment


 

Abschließende Resultate zum Higgs-Boson von Run1 (03.07.2014)


Ende 2012 hat der LHC die erste Betriebspreiode, den sogenannten Run1, abgeschlossen. Nach umfangreichen Arbeiten am Beschleuniger und den Detektoren, wird Anfang 2015 der Run2 gestartet, mit einer fast verdoppelten Energie (13 TeV statt bisher 7 TeV) und höheren Ereignisraten. Nun hat die CMS Kollaboration auf der International Chonference on High Energy Physics (ICHEP 2014) in Valencia die abschließende Resultate von Run1 zum Higgs-Boson bekannt gegeben. Unter dem Link unten findet man eine Zusammenfassung (in englischer Sprache). Bisher sind alle Messungen in Übereinstimmung mit den Erwartungen des Standard Modells mit genau einer Sorte Higgs-Teilchen.

Hier ist das Dokument:


 
HiggsRun1endgameforICHEP2014-v2.pdf
Zusammenfassung der Higgs-Ergebnisse der CMS-Kollaboration von Run1

Forscher vom CERN und vom amerikanischen Forschungszentrum FermiLab bestimmen gemeinsam die Masse des schwersten Quarks (19.03.2014)


Vor fast 20 Jahren wurde am Forschungszentrum Fermilab bei Chicago das Top-Quark entdeckt. Es ist das schwerste der bekannten Elementarteilchen, es ist nahezu 200mal schwerer als ein Proton, das den Kern des Wasserstoffatoms darstellt.

Genaue Messungen der Top-Masse gelangen zunächst mit den Experimenten CDF und D0 am Tevatron-Beschleuniger des Fermilab. In den letzten Jahren konnten die Ergebnisse am LHC-Beschleunigers des CERN mit den Detektoren ATLAS und CMS mit hoher Genauigkeit wiederholt und bestätigt werden. Der kombinierte Massenwert der vier Experimente
beträgt 173.34 ± 0.76 GeV. Der relative Fehler beträgt also nur 0.4%, damit ist das Top-Quark sogar genauer als die fünf leichteren Quarks vermessen worden. Weil das Top-Quark so schwer ist, kann es nur an den leistungsfähigsten Beschleunigern erzeugt werden. Nach Beendigung des Forschungsprogramms am Tevatron im Jahre 2011 ist jetzt der LHC die Teilchenmaschine mit der höchsten Energie.

Am 19.März 2014 haben die Experimente am Fermilab und am CERN die Top-Masse in
einer gemeinsamen Presserklärung der Öffentlichkeit vorgestellt. An den vier Experimenten sind mehrere Tausend Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt, darunter auch viele Physikerinnen und Physiker aus deutschen Universitäten, die auch maßgeblich an Entdeckung und Vermessung des Top-Quarks beteiligt waren.

Die Abbildung zeigt schematisch die Signatur eines Ereignisses mit einem top-Quark uns seinem Antiquark im CMS-Detektor. Hier geht es zur wissenschaftlichen Veröffentlichung:
http://arxiv.org/abs/1403.4427

Prof. Thomas Hebbeker, RWTH Aachen


 

Physik Nobelpreis für Higgs und Englert (08.10.2013)


Peter Higgs und Francois Englert erhalten den diesjährigen Nobelpreis in Physik für die theoretische Entdeckung eines Mechanismus der zum Verständnis des Ursprungs der Masse subatomarer Teilchen beiträgt und der jüngst durch die Entdeckung des vorhergesagten Teilchens durch die ATLAS und CMS Experimente an CERNs Large Hadron Collider bestätigt wurde.

Originaltext:
The Nobel Prize in Physics 2013 was awarded jointly to François Englert and Peter W. Higgs "for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN's Large Hadron Collider"

Wir gratulieren den Preisträgern und freuen uns über die Anerkennung ihrer bahnbrechenden Arbeiten. Das Bild zeigt Peter Higgs am CERN vor dem CMS Detektor.

Öffentliche Informationsveranstaltungen:
Mittwoch 16. 10. 2013, 19:00
Karlsruhe
KIT, Fakultät für Physik, Gaede-Horsaal, Engesser-Straße 7
Einführung: Prof. Dr. Dieter Zeppenfeld (Dekan)
Vorträge: Prof. Dr. Margarete Mphlleitner (theor. Teilchenphysik)
                       Prof. Dr. Thomas Müller (exp. Teilchenphysik)

Mittwoch 16. 10. 2013, 19:00
Aachen
Physikzentrum der RWTH Aachen,
Otto-Blumenthalstraße
Ausstellung 18:00 - 22:00
Vortrag: Prof. Dr. Michael Krämer

Samstag 2.11.2013
Hamburg
Deutsches Elektronensynchrotron DESY und Universitaet Hamburg
Notkestrasse/Luruper Chaussee
Mehrere Vortraege und Aktionen rund um Higgs und CMS: im Rahmen des "Tages der Offenen Tür bei DESY" und der Hamburger "Nacht de Wissens"

Hintegrundinformationen
Finden Sie weiter unten auf dieser Seite, z.B. hier
Web-Seite der deutschen LHC-Beteiligung hier
Videos zum Higgs vom CERN hier
Artikel im "CERN-Courier" hier
Illustrierter Cartoon zum Higgs hier


 

Higgs-Entdeckung ausgezeichnet (22.07.2013)


Der 4. Juli 2012 war ein großer Tag für die Teilchenphysik. Die beiden Experimente ATLAS und CMS am Large Hadron Collider LHC am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf gaben die Entdeckung des langgesuchten Higgs-Teilchens bekannt. Nun wurde diese Entdeckung mit dem renommierten "High Energy and Particle Physics Prize" der Europäischen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet. Die Preisverleihung fand am heutigen Morgen in Stockholm im Rahmen der "International Europhysics Conference on High Energy Physics" statt.

Pressemitteilung hier.
Weiter Infos.


 

Äußerst seltener Teilchenzerfall beobachtet (19.07.2013)


CMS hat einen wichtigen seltenen Zerfall gefunden, der vom Standardmodell der Teilchenphysik vorausgesagt wird. Nach einer Suche von etwa 25 Jahren wird die Beobachtung des Zerfalls von Bs-Mesonen in Myonpaare heute in Stockholm, bei der alle zwei Jahre stattfindenden EPS-HEP Konferenz bekanntgegeben.
Vom Standardmodell der Teilchenphysik wird vorhergesagt, dass nur etwa 3 aus einer Milliarde Bs-Mesonen auf diesem Wege zerfallen. Nun ist es CMS gelungen diesen Zerfall nachzuweisen. Das Ergebnis ist, dass der Anteil der Bs-Mesonen, die in zwei Myonen, den schweren Partnern der Elektronen, zerfallen 3,0 Milliardstel ist, mit einer Unsicherheit von 1,0 Milliardstel nach oben und 0,9 Milliardstel nach unten. Der Nachweis dieses Zerfalls ist deshalb so spannend, weil manche neuen Ideen für Modell, die über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausgehen, Abweichungen in der Rate dieses Zerfalls von der Vorhersage des Standardmodells prognostizieren.

Das Bild zeigt eines der Ereignisse aufgezeichnet mit dem CMS-Detektor. Die beiden langen roten Spuren sind die Spuren der beiden Myonen.


ATLAS und CMS erhalten prestigeträchtigen EPS HEPP-Preis (15.05.2013)


Der High Energy and Particle Physics Prize der Europäischen Physikalischen Gesellschaft wurde an die Forscherteams der Teilchenphysik-Experimente ATLAS und CMS verliehen. Die Kollaborationen erhalten den Preis zusammen mit ihren Sprechern Michel Della Negra (Imperial College London), Peter Jenni (CERN und Universität Freiburg) und Tejinder Virdee (Imperial College London) für die Entdeckung eines neuen schweren Teilchens mit den Eigenschaften des langgesuchten Higgs-Teilchens.

Karl Jakobs, Sprecher der deutschen ATLAS-Gruppen: „Die Entdeckung des Higgs-Teilchens durch die beiden Experimente ATLAS und CMS stellt einen sensationellen wissenschaftlichen Durchbruch dar. Mit diesem Preis werden zeitnah die Leistungen der Sprecher der Experimente und der vielen Physiker und Ingenieure, die an dieser Entdeckung Anteil haben, gewürdigt.“


Am 4. Juli 2012 hatten die beiden internationalen Forscherteams von ATLAS und CMS die Entdeckung eines Higgs-Teilchens bekannt gegeben. Nach diesem Teilchen hatten Wissenschaftler seit mehr als 40 Jahren intensiv gesucht – es ist das letzte fehlende Puzzlestück im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik. Das von Peter Higgs und anderen theoretischen Physikern 1964 eingeführte Higgs-Feld, das mit diesem Teilchen verbunden ist, durchdringt das ganze Universum und soll elementaren Teilchen ihre Masse verleihen.

 

Achim Stahl, Sprecher der deutschen CMS-Gruppen: „Die Entdeckung des Higgs-Teilchens ist das Ergebnis jahrzehntelanger Vorbereitung. Hunderte von Physikern, Ingenieuren und Technikern aus Deutschland sind und waren daran beteiligt, von der Entwicklung, dem Aufbau und dem Betrieb der Experimente bis zum Aufspüren der Higgs-Teilchen in einer riesigen Menge Daten. Jeder einzelne hat seinen Beitrag geleistet und darf diesen Preis als persönliche Ehrung empfinden.

Der High Energy and Particle Physics Prize wird für herausragende Beiträge zur Elementarteilchenphysik vergeben. Die Preisverleihung findet auf der Konferenz EPS-HEP 2013 am 22. Juli in Stockholm statt.

Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens beginnt eine neue Ära der Teilchenphysik. Trotz seines enormen Erfolges kann das Standardmodell der Teilchenphysik nur einen kleinen Teil des Universums erklären. Der Großteil der Masse des Universums scheint aus dunkler Materie zu bestehen, die in diesem Modell nicht enthalten ist. Viele Erweiterungen versuchen auch die dunkle Materie zu erklären und benötigen dazu neue Higgs-Teilchen. Die Entdeckung von ATLAS und CMS könnte sich einst als der Anfang eines noch spannenderen Kapitels der Teilchenphysik herausstellen.

Mehr als 700 deutsche Wissenschaftler sind an den LHC-Experimenten ATLAS und CMS beteiligt, davon etwa 400 Nachwuchswissenschaftler. Wesentliche Teile beider Detektoren wurden in Deutschland entwickelt und gebaut. Auch zum Betrieb und der Datenanalyse tragen deutsche Wissenschaftler bei. Unter deutscher Federführung wurden und werden Detektortechnologien entwickelt, die sich weit über die Teilchenphysik hinaus einsetzten lassen.

Forschergruppen an 16 Universitäten, dem Max-Planck-Institut für Physik in München und den beiden Helmholtz-Forschungszentren DESY und KIT arbeiten gemeinsam an den beiden Experimenten. Sie werden insbesondere durch die BMBF-Forschungsschwerpunkte FSP-101 (ATLAS) und FSP-102 (CMS) im Rahmen der Verbundforschung gefördert. Darüberhinaus arbeiten sie in der Helmholtz-Allianz „Physik an der Teraskala“ zusammen.

Kontakt
Prof. Karl Jakobs, Universität Freiburg, Sprecher der deutschen ATLAS-Gruppen:
Karl.jakobs@uni-freiburg.de
Tel. Freiburg: 0761/203 5713

Prof. Achim Stahl, RWTH Aachen, Sprecher der deutschen CMS-Gruppen
Achim.Stahl@physik.rwth-aachen.de
Tel: 0241/8027301

Gerrit Hörentrup, CERN-/LHC-Kommunikation Deutschland
lhc-kommunikation@desy.de
Tel. 040/89984596


Weiterführende Links

www.weltmaschine.de/higgs
Deutsche ATLAS-Gruppen: http://www.fsp101-atlas.de/
Deutsche CMS-Gruppen: http://www.fsp102-cms.de/


Idendität des Higgsteilchens bestätigt (26.03.2013)


Auf dem internationalen Workshop Rencontres de Moriond stellten die beiden LHC-Experimente ATLAS und CMS die neusten Ergebnisse vor, die größtenteils auf der Auswertung aller in den Jahren 2011 und 2012 aufgezeichneten Daten beruhen. Diese Datenmenge reichte aus, um erste Untersuchungen der Eigenschaften des neuen Teilchens durchzuführen. Interessant vor allem die Untersuchung einer Eigenschaft, die die Physiker Spin (Eigendrehimpuls) nennen. Alle bisher bekannten Elementarteilchen drehen sich permanent um ihre eigene Achse mit einem Drehimpuls den man über das Plancksche Wirkungsquantum angeben kann. Studiert man den Zerfall der Teilchen, so kann man aus den Richtungen, in die die Zerfallsteilchen emittiert werden, den Spin bestimmen. Das Higgsteilchen sollte das einzige Elementarteilchen sein, das sich nicht dreht. Dies scheinen die Ergebniss nun zu bestätigen. Außerdem konnte erstmals das Verhalten der Wellenfunktion des Teilchens unter Raumspiegelung untersucht werden und es wurden genauere Messungen der Häufigkeiten, mit denen das Higgsteilchen in bestimmte andere Teilchen zerfällt, vorgelegt. Auch diese Messungen bestätigen die Idendität des neuen Teilchens als Higgsteilchen.
Trotzdem sind sich die Forscher noch nicht sicher, ob damit das von Peter Higgs und Kollegen entwickelte Modell bestätigt ist. Dieses Modell ist das einfachste Modell, das den Ursprung der Masse erklärt. Es tritt in diesem Modell genau ein Higgsteilchen auf. Das könnte das jetzt nachgewiesene Teilchen sein. Es gibt aber viele andere Modelle in denen mehrere unterschiedliche Higgsteilchen auftreten. Ob nun das eine gefunden wurde oder eines unter vielen bleibt ein spannende Frage, deren Beantwortung wohl noch große Anstengungen und Geduld brauchen wird.


Die Dargestellte Größe D berechnet sich aus den Richtungen in denen die Zerfallsteilchen des Higgsbosons emittiert werden. Diese Messung stammt aus dem Zerfall in zwei Z-Bosonen. Die scharzen Punkte mit Fehlerbalken geben die Werte abegeleitet aus den gemessenen Higgsereignissen an. Die beiden farbigen Histogramme zeigen die Erwartung von Untergrundereignissen, die nicht aus dem Zerfall von Higgsereignissen stammen. Handelt es sich bei dem neuen Teilchen um ein HIggsboson, so sollten die Daten der roten Linie folgen, die sich aus Untergrund und Modellvorhersage für die Higgsteilchen zusammensetzt. Man sieht gute Übereinstimmung zwischen dem Higgsmodell und den gemessenen Ereignissen. Analog kann man die Daten mit Modellvorhersagen für Teilchen vergleichen, die andere Eigenschaften (Eigendrehimpuls und Verhalten unter Raumspiegelung) als das Higgsteilchen haben. In diesen Vergleichen ist die Übereinstimmung schlecht, so dass man zu dem Schluss kommt, dass neue Teilchen die Eigenschaften des Higgsteilchens trägt.

 

Dieses Diagramm fasst die gemessene Stärke der unterschiedlichen Reaktionen, über die das Higgsteilchen erzeugt werden kann, und die unterschiedlichen Zerfallskanäle, über die das Higgsteilchen zerfallen kann, zusammen. Die Messungen sind auf die Vorhersage des Higgsmodells normiert, d.h. falls es sich um das Higgsteilchen handelt, sollte die Messung innerhalb ihrer Unsicherheit einen Wert von 1 ergeben. Gezeigt ist jeweils als schwarzer Punkt der gemessene Wert und als Linie der Fehler der Messung. Als Mittelwert ergibt sich 0,88, was innerhalb des Fehlers von +/- 0.21 gut mit 1 übereinstimmt.

 

 



 
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