Das letzte Puzzlestück im Standardmodell der Teilchenphysik

In kleinsten und größten Dimensionen bewegt sich die Forschung des KIT-Zentrums für Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik (KCETA). Die Forschenden untersuchen hochenergetische Strahlen aus den Weiten des Weltalls genauso wie die Elementarteilchen als fundamentale Bausteine der Materie. Eines von diesen interessiert sie besonders: das Higgs-Teilchen, das in den 1960er-Jahren theoretisch vorhergesagt wurde. Den experimentellen Nachweis konnten Physikerinnen und Physiker schließlich in 2012 mithilfe des Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Teilforschungszentrum CERN erbringen. Im Jahr darauf erfolgte die Auszeichnung der Theorie mit dem Physik-Nobelpreis. An allen Phasen des Experiments waren und sind Forschende des KIT maßgeblich beteiligt.

„Das Higgs-Teilchen verleiht allen anderen Teilchen ihre Masse und ist das letzte Puzzlestück, das im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik zur Beschreibung der Materiebausteine und ihrer Wechselwirkungen noch gefehlt hatte“, sagt Markus Klute, der mit seiner Gruppe in den USA wesentlich zur Entdeckung des Higgs-Bosons beigetragen hat. Die entsprechenden Messungen fanden am internationalen Großforschungsexperiment Compact Muon Solenoid, kurz CMS, am LHC des CERN. Inzwischen forscht Klute als Humboldt-Professor am KIT und leitet hier das Institut für Experimentelle Teilchenphysik. Das CMS ist auch weiterhin sein wichtigstes Projekt. 

Was aber kommt nach dem Standardmodell? „Es gibt Phänomene, die es nicht abbildet. Ein Beispiel ist die Dunkle Materie, die fundamental wichtig ist für den Aufbau unseres Universums mit seinen Galaxien“, erläutert Klute. Dass es sie geben muss, zeigten Gravitationsmessungen – gesehen habe man sie jedoch noch nicht. Auch Wechselwirkungen zwischen dunkler und sichtbarer Materie seien bislang nicht nachweisbar. „Meine Hoffnung ist, dass wir über das Higgs-Boson mehr darüber lernen können“, sagt Klute.

Beendet sei die Forschung am Higgs-Teilchen noch lange nicht. „Wir wollen das Higgs-Teilchen besser und vor allem breit verstehen: Welche Eigenschaften hat es? Welche Prozesse unterstützt es? Wie koppelt es sich an andere Teilchen? Gibt es Teilchen, die ihm gleichen?“ Inzwischen können die Forschenden das Higgs-Boson bis in den Prozentbereich hinein vermessen. Doch es gehe um noch mehr: „Am Ende möchte ich herausfinden, wo die Grenzen unseres Verständnisses liegen“, so der Physiker.

Markus Klute und sein Team sind in der Hochenergiephysik unterwegs. Sie designen Maschinen, die auf Lichtgeschwindigkeit gebrachten Teilchen bei der Kollision aufspüren, entwickeln die Analysewerkzeuge für die gemessenen Daten und haben den Einsatz moderner Techniken des Maschinellen Lernens in der Hochenergiephysik etabliert.(jho)

Expertenmails mit Prof. Markus Klute:

• Markus Klute: Zehn Jahre Higgs-Teilchen – die Entdeckung des letzten Puzzlestücks im Standardmodell der Teilchenphysik (28.06.2022)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Markus Klute her.

Fotonachweis:

CMS Control Room: Markus Breig, KIT
Porträt Prof. Markus Klute, ETP, KIT: Humboldt-Stiftung/Elbmotion