Physiker entdecken nie zuvor gesehenes Teilchen auf einer Tischplatte

Forschende des Boston College haben ein bislang unbekanntes Teilchen entdeckt, das ein magnetischer Verwandter von Higgs Boson ist. Dieser verleiht anderen Teilchen ihre Masse. Das neue Teilchen wird als „Axial Higgs Boson“ bezeichnet und wurde im Zuge eines Experiments auf einer 1 x 1 Meter großen Tischplatte entdeckt. 

Der Cousin von Higgs Boson könnte helfen, das Rätsel rund um Dunkle Materie zu lösen, welche laut LiveScience 85 Prozent der gesamten Masse des Universums ausmacht und sich nur durch ihre Gravitationskraft bemerkbar macht. 

Komplexere Form der Theorie

Das Higgs Boson ist das fundamentale Teilchen, das mit dem Higgs-Feld verbunden ist. Dieses Feld verleiht anderen fundamentalen Teilchen wie Elektronen und Quarks Masse. Laut Kenneth Burch, leitender Co-Autor der Studie, bestimmt die Masse eines Teilchens, wie sehr es sich einer Änderung seiner Geschwindigkeit oder Position widersetzt, wenn es auf eine Kraft trifft.

Das Axiale Higgs Boson besitzt indes ein magnetisches Moment, also eine magnetische Kraft oder Orientation, welche ein magnetisches Feld erzeugt. Daher sei für die Beschreibung seiner Eigenschaften eine komplexere Theorie erforderlich, als bei seinem nicht-magnetischen massebestimmenden Cousin.

Symmetriebrechung im abkühlenden Universum

Im Standardmodell der Teilchenphysik entstehen Teilchen aus unterschiedlichen Feldern, welche das Universum durchdringen. Einige davon erzeugen die fundamentalen Kräfte des Universums. Photonen etwa vermitteln Elektromagnetismus – sogenannte W- und Z-Bosonen hingegen die schwache Kraft, welche den Kernzerfall auf subatomarer Ebene steuern. Im jungen, heißen Universum waren diese Partikel fast identisch. Mit dem Abkühlen hat sich die elektroschwache Kraft dann gespalten. Dadurch wurden die W- und Z-Bosonen massereicher und verhielten sich anders als Photonen. Diesen Prozess bezeichnen Physiker*innen als „Symmetriebrechnung“.

Dazu geführt hat die Interaktion dieser Partikel mit dem sogenannten Higgs-Feld. Durch Störungen in diesem Feld entstand das Higgs Boson - auch sorgten sie für das Gewicht von W- und Z-Boson.

Mehrere Parameter zur Beschreibung erforderlich

Generell entsteht das Higgs Boson dann, wenn eine Symmetrie gebrochen wird. „Allerdings wird normalerweise nur eine Symmetrie auf einmal gebrochen, daher wird das Higgs nur durch seine Energie beschrieben“, so Burch. Die Theorie des axialen Higgs Boson ist komplizierter: Dem Physiker zufolge scheinen in seinem Fall mehrere Symmetrien zusammenzubrechen. Dies führe zu einem Higgs-Modus, für dessen Beschreibung mehrere Parameter erforderlich seien – speziell Energie und magnetisches Moment.

Schon zuvor hatten Wissenschaftler*innen einen solchen axialen Higgs-Modus prognostiziert und zur Erklärung Dunkler Materie angewandt. Nun wurde er und der Zustand mit mehreren gebrochenen Symmetrien auch beobachtet. 

Die Studie wurde im Journal Nature veröffentlicht.