Kürzlich wurde das Higgs-Boson im LHC entdeckt. Meine Frage ist:
Wie kamen sie zu der Erkenntnis, dass das erzeugte Teilchen tatsächlich das Higgs-Boson war?
Aufgrund welcher Eigenschaften bestätigten sie es als Higgs-Boson?
Die Experimente haben die Anzahl der Ereignisse gemessen, bei denen das Higgs-Boson produziert wurde und in verschiedene endgültige Teilchen wie ein Photonenpaar zerfiel; Paar Z-Bosonen; Paar Tau-Leptonen; Bottom-Quark-Antiquark-Paar und einige andere. Alle diese Zahlen sind innerhalb der aktuellen Fehlergrenze mit der Vorhersage des Higgs-Bosons des Standardmodells kompatibel (die Diphotonen-Zerfallsrate kann derzeit um etwa 70 % höher sein und wurde nicht vollständig aktualisiert, aber alle anderen sind es derzeit „absolut brav“).
Es gibt spezifische polarisationsbasierte Experimente, die zeigen, dass das Teilchen mit ziemlicher Sicherheit ein Skalar und kein Pseudoskalar ist und einen Spin haben muss .
Wenn das Teilchen ein "völlig, qualitativ anderes" Teilchen als das Higgs-Boson wäre, würden die oben erwähnten Ereigniszahlen von den Higgs-Werten des Standardmodells (theoretisch berechenbar und experimentell gemessen) um viel, typischerweise um viele Größenordnungen, abweichen. Es ist also eindeutig "so etwas wie das Higgs-Boson". Außerdem wird ein Higgs-Boson benötigt, damit das Standardmodell konsistent ist.
In diesem Moment bellt es bemerkenswerterweise wie das SM-Higgs-Boson und macht alles andere auch so. Bei der aktuellen Genauigkeit können wir sehen, dass es sich um das Higgs-Boson des Standardmodells handelt. Tatsächlich unterscheidet sich unsere Genauigkeit und Gewissheit, dass dem so ist, nicht mehr allzu sehr von der Gewissheit, mit der wir sagen können, dass das, was wir W-Bosonen nennen, W-Bosonen und das, was wir Z-Bosonen nennen, Z-Bosonen sind. Wenn Sie unvoreingenommen wären, hätten Sie die gleichen zweifelhaften Fragen auch zu den W-Bosonen oder Z-Bosonen oder anderen Teilchen stellen sollen. Das Higgs-Boson ist ein neueres Teilchen, aber es ist bereits Teil der Standardsammlung, die so gut mit dem Standardmodell übereinstimmt, dass es kein Zufall sein kann.
Die Tatsache, dass sich das entdeckte Higgs-Boson vom 4. Juli genauso verhält wie das Higgs-Boson des Standardmodells, wird immer klarer und zunehmend frustrierend, weil es uns bisher keine Hinweise gibt, wie wir über das Standardmodell hinausgehen können. Siehe Geschichten wie
Irgendwann in der Zukunft, vielleicht in ferner Zukunft, wird neue Physik entdeckt werden, zB neue Teilchen, und sie werden die gesamte Theorie einschließlich der Identität des Higgs-Sektors modifizieren. Aber sie werden auch die Z-Bosonen, W-Bosonen und alle anderen Teilchen leicht modifizieren. In gewissem Sinne wird bewiesen, dass sie auch nicht die Z-Bosonen oder W-Bosonen des Standardmodells sind. Es macht keinen Sinn, das Higgs-Boson herauszugreifen (obwohl es beim Higgs gute Gründe gibt, anzunehmen, dass es „Geschwister“ hat). Die gesamte Theorie wird sich letztendlich vom Standardmodell unterscheiden.
Zum jetzigen Zeitpunkt stimmen jedoch wieder einmal alle Beobachtungen am LHC mit dem Standardmodell überein, weshalb es legitim ist, die Terminologie des Standardmodells für alle Teilchen und Wechselwirkungen zu verwenden, die wir beobachten.
Sie wissen, dass das Teilchen ein Higgs-Boson ist, weil sie die Zerfallsprodukte verfolgen. Bei einer leichten Zunahme einer Partikelart. Sagen wir, es ist das Bottom-Antibottom-Paar, dann könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass das Higgs-Boson entdeckt wurde. Vor allem, wenn sie diese Beule immer und immer wieder sehen. Es muss ein Higgs geben, sonst wird nicht nur die Theorie, wie fundamentale Teilchen Masse bekommen, in Stücke zerfallen, sondern auch die elektroschwache Theorie wird zusammenbrechen. Das Higgs passt einfach so gut in das Standardmodell. Sie haben das Higgs durch die Zerfallsprodukte getestet und es verwandelt sich in ein Paar Bottom-Quarks (ein Bottom und ein Antibottom), die bis zum Doppel-Z-Boson-Zerfall reichen. So wissen sie, dass das Higgs das ist, was sie gefunden haben. Das Higgs-Boson ist ein Spin-Null-Teilchen, ähnlich wie das Z-Boson. Meistens ist es etwas schwerer.
David z