[Sieben Altäre Wissenschaftskanal] Entdeckung des Gottesteilchens hat sechs große Auswirkungen: Das Universum könnte in Milliarden von Jahren zerstört werden

Pekinger Zeit, 22. März — Laut ausländischen Medien gaben Physiker am vergangenen Donnerstag (14. März) bekannt, dass sie handfeste Beweise für das sogenannte "Gottteilchen", das Higgs-Boson, gefunden haben. Wissenschaftler suchen seit langem nach Spuren dieses mysteriösen Teilchens, und wenn seine Existenz schließlich bestätigt wird, wird es einen großen Einfluss haben. Dies ist eine simulierte Teilchenbahnkarte, die vom ATLAS-Detektor des Large Hadron Collider des Europäischen Nuklearzentrums erhalten wurde. Das Higgs-Boson entsteht, wenn zwei Protonen mit einem extrem hohen Energieniveau von 14 TeV kollidieren, woraufhin sie schnell in vier μ Elektronen zerfallen – ein massives Elektron, das von der Sonde nicht absorbiert werden kann. Das Standardmodell ist die grundlegende Theorie der Teilchenphysik, doch alle vorhergesagten Teilchen wurden erfolgreich gefunden, mit Ausnahme des Higgs-Bosons, der bisher still geblieben ist. Mit Hilfe der Large Hadron Collider (LHC)-Anlage an der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz ließen Wissenschaftler Protonen mit Lichtgeschwindigkeit in einer 27 Kilometer langen Umlaufbahn kollidieren, um verwandte Experimente durchzuführen. Physiker gaben an, dass das Higgs-Boson nach Bestätigung mindestens sechs große Auswirkungen haben würde: 1. Das Geheimnis des Ursprungs der Masse enthüllen: Wie entsteht die Masse eines Objekts? Diese Frage beschäftigt die Physikergemeinschaft schon lange, und das Higgs-Boson wird als mit dem Ursprung der Masse in allen Objekten des Universums verbunden. Das Higgs-Boson steht im Zusammenhang mit einer Art von Feld, das Higgs-Feld genannt wird, von dem theoretisch angenommen wird, dass es das gesamte Universum durchdringt. Wenn sich andere Teilchen im Universum innerhalb dieses Feldes bewegen, erwerben sie die Eigenschaft der Masse. Es ist, als würden alle in einem Becken schwimmen und durchnässen, wobei nass sein wie ein Objekt ist, das an Masse gewinnt. João Guimaraes da Costa, Physiker an der Harvard University, sagte: "Der Mechanismus des Higgs-Bosons ermöglicht es uns, die Wege und Wege zu verstehen, wie Teilchen Masse aufnehmen." Costa war der Initiator des Standardmodells für das ATLAS-Detektorgerät am Large Hadron Collider (LHC), als die Europäische Organisation für Nuklearwaffen im vergangenen Jahr die vermutete Entdeckung des Higgs-Bosons bekannt gab. Er sagte: "Ohne diesen Mechanismus würden alle Objekte an Masse verlieren." Die Bestätigung, dass das diesmal entdeckte Teilchen tatsächlich das Higgs-Boson ist, wird beweisen, dass die Art und Weise, wie wir Teilchen Masseneigenschaften erlangen, korrekt ist.Die Physikprofessorin an der California Institute of Technology in den USA, Maria Spiropulu, erklärte: „Diese Entdeckung unterstützt auf Quantenebene unsere Vorstellungen über die Quelle der Masse, und genau dafür haben wir den Large Hadron Collider gebaut. Dies ist eine beispiellose Leistung.“ Danach wird sie zudem Hinweise zur Lösung einer noch tiefergehenden Frage liefern: Warum haben diese Teilchen diesen Massenswert? Wie wird dieser Wert bestimmt? Dazu sagt die Physikerin der Harvard University, Lisa Randall: „Das ist eine viel größere Frage. Die Bestätigung, dass es sich tatsächlich um das Higgs-Teilchen handelt, ist nur der erste Schritt des gesamten Prozesses; danach können wir weiter vorgehen, und beide Schritte hängen miteinander zusammen.“ 2. Vervollständigung des Standardmodells Das Standardmodell ist das Fundament der zeitgenössischen Teilchenphysik und beschreibt alle Partikel im gesamten Universum. Alle vom Standardmodell vorhergesagten Teilchen wurden bisher gefunden, ausgenommen das Higgs-Teilchen. Als im letzten Jahr die vorläufigen Ergebnisse verkündet wurden, sagte der Wissenschaftler Jonas Strandberg vom ATLAS-Experiment am Europäischen Kernforschungszentrum: „Dies ist das fehlende Puzzlestück im Standardmodell, daher wird diese Entdeckung, falls sie endgültig bestätigt wird, schließlich unsere gegenwärtigen Erkenntnisse bestätigen.“ Bis jetzt scheint das von den Wissenschaftlern entdeckte, mutmaßliche Higgs-Teilchen mit den Eigenschaften übereinzustimmen, die das Standardmodell vorhersagt. Dennoch ist das Standardmodell selbst nicht vollständig: Es beinhaltet beispielsweise keine Gravitation und berücksichtigt nicht die dunkle Materie, von der angenommen wird, dass sie etwa 98 % der gesamten Materie im Universum ausmacht. Die Physikerin Patty McBride vom CMS-Zentrum des Fermi National Laboratory in den USA erklärte am vergangenen Donnerstag: „Selbst wenn eindeutige Beweise zeigen, dass das neu entdeckte Teilchen tatsächlich das vom Standardmodell vorhergesagte Higgs-Boson ist, bleibt unser Verständnis des Universums weiterhin unvollständig.“ Sie sagte: „Wir können immer noch nicht verstehen, warum die Gravitation so schwach ist, und wir müssen uns weiterhin mit der enormen Existenz dunkler Materie auseinandersetzen. Dennoch ist es für diese klassische Theorie, die 48 Jahre alt ist, ein erfreulicher erster Schritt zur Vervollkommnung.“ 3. Elektroschwache Wechselwirkung Die Bestätigung des Higgs-Teilchens wird auch wichtige Auswirkungen auf die Konstruktion der elektroschwachen Wechselwirkung haben.Diese Wechselwirkung ist eine einheitliche Beschreibung elektromagnetischer und schwacher Wechselwirkungen, die beide grundlegende Kräftearten in der Natur sind. Elektromagnetische Wechselwirkungen beschreiben die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen, während schwache Wechselwirkungen radioaktive Zerfallsprozesse beschreiben. Alle Kräfte in der Natur stehen im Zusammenhang mit bestimmten Teilchen. Zum Beispiel sind Teilchen, die mit elektromagnetischen Kräften zusammenhängen, Photonen, also spezielle Teilchen mit null Masse. Schwache Wechselwirkungskräfte stehen im Zusammenhang mit Bosonen namens W und Z, die beide sehr hohe Massenwerte haben. Die Massenquellen all dieser Teilchen werden angenommen, dass das Higgs-Boson verursacht wird. Slandberg vom CERN erklärte: "Wenn das Konzept des Higgs-Feldes eingeführt wird, würden sich die W- und Z-Bosonen mit diesem Feld vermischen und in diesem Prozess Masse annehmen." Er sagte: "Das erklärt, warum W- und Z-Bosonen Masse haben, und vereint die beiden fundamentalen Kräfte elektromagnetische Wirkung und schwache Wechselwirkung, wodurch elektroschwache Wechselwirkungen entstehen." 4. Supersymmetrietheorie Die Supersymmetrie wird ebenfalls von der Entdeckung des Higgs-Teilchens beeinflusst. Diese Theorie besagt, dass jedes bekannte Teilchen ein "Superpartner"-Teilchen besitzt, das leicht unterschiedliche Eigenschaften besitzt. Supersymmetrie ist sehr attraktiv, weil sie andere fundamentale Kräfte der Natur vereinen und sogar das Rätsel der Zusammensetzung der Dunklen Materie entschlüsseln kann. Bislang sind die Aussichten für diese Theorie jedoch düster. Wissenschaftler haben nur Teilchen gefunden, deren Eigenschaften dem vom Standardmodell vorhergesagten Higgs-Teilchen sehr ähnlich sind, aber keine Hinweise auf supersymmetrische Teilchen gefunden. 5. Large Hadron Collider Der Large Hadron Collider (LHC) ist der weltweit größte Teilchenbeschleuniger. Diese etwa 10 Milliarden Dollar teure Anlage gehört CERN und hat das Ziel, die leistungsstärkste Teilchenbeschleunigeranlage der Erde zu schaffen. Unter diesen wurde die Identifizierung des Higgs-Bosons als eine der obersten Prioritäten des Geräts gelistet. Die zuletzt bekanntgegebenen Ergebnisse liefern starke Belege für die bisherigen Erfolge von LHC und sind der beste Beweis für die fruchtbaren Leistungen der Physiker, die hier unermüdlich daran arbeiten, dieses Ziel zu erreichen.Spiropulu erklärte in einer Erklärung im vergangenen Jahr: „Diese Entdeckung unterstützt unsere Sichtweise über die Quelle der Masse auf Quantenebene, und genau das war der ursprüngliche Zweck des Baus des Large Hadron Collider. Dies ist eine unvergleichliche Errungenschaft.“ Er sagte: „Die Wissenschaftler haben eine ganze Generation lang darauf gewartet, genau auf diesen Moment. Teilchenphysiker, Ingenieure und Techniker von Universitäten und Forschungseinrichtungen aus aller Welt haben jahrzehntelang hart gearbeitet, um diesen heutigen Erfolg zu erreichen. Jetzt ist es an der Zeit, einen Moment innezuhalten, um die Bedeutung dieser Entdeckung zu betrachten, bevor wir die umfangreiche Datensammlung und -analyse fortsetzen.“

Das Higgs-Boson wurde erstmals 1964 von dem britischen Physiker Peter Higgs und seinen Kollegen vorgeschlagen. Der zweite Teil des Namens ehrt den herausragenden verstorbenen indischen Physiker und Mathematiker Bose, der gemeinsam mit Einstein die Definition des Bosons gegeben hat. Bosonen sind eine Art von Grundteilchen und umfassen hauptsächlich Gluonen und Gravitonen. Sie sind verantwortlich für die Vermittlung der Wechselwirkungen zwischen Fermionen, wie Quarks, Elektronen und Neutrinos. Fermionen sind eine andere Art von Grundteilchen im Universum.

6. Das Schicksal des Universums

Die Bestätigung des Higgs-Bosons wird den Wissenschaftlern eine Tür öffnen, um Berechnungen durchzuführen, die zuvor nicht möglich waren. Einige dieser Berechnungen betreffen das Schicksal des Universums. Eine Ansicht besagt, dass das Universum in den nächsten Milliarden Jahren zerstört werden könnte.

Bei solchen Berechnungen ist die Masse des Higgs-Bosons ein sehr wichtiger Parameter, da sie das zukünftige Schicksal von Raum und Zeit vorhersagt. Die aktuellen Messwerte zeigen, dass die Masse des Higgs-Bosons etwa 126 Mal die Masse des Protons beträgt. Dieser Massawert liegt fast an einem kritischen Punkt, der das Universum in den kommenden Milliarden Jahren möglicherweise zugrunde gehen lassen könnte.

Joseph Lykken, ein Physiker am Fermi National Accelerator Laboratory in den USA, erklärte: „Die Berechnungsergebnisse zeigen uns, dass das Universum in Milliarden von Jahren möglicherweise einem Katastrophenszenario gegenübersteht.“ Er sagte: „Dies könnte bedeuten, dass das Universum, in dem wir leben, von Natur aus instabil ist und nach Milliarden von Jahren alles zusammenbrechen wird.“