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Higgs-Boson: Beeinflusste das Higgs-Teilchen die Materieverteilung im Universum?

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Womöglich spielte das Higgs-Teilchen eine Schlüsselrolle im frühen Universum: Es sorgte für unterschiedliche Mengen an Teilchen und Antiteilchen und bestimmte die Dichte der mysteriösen Dunklen Materie, die fünf Sechstel der kosmischen Materie ausmacht. Das behaupten Sean Tulin von der University of Michigan in Ann Arbor und Géraldine Servant von der Catalan Institution for Research and Advanced Studies in Barcelona, laut deren Theorie kurz nach dem Urknall ein asymmetrisches Verhältnis zwischen Higgs-Bosonen und ihren Gegenstücken, den Anti-Higgs-Teilchen, existierte.

"Für uns ist das Higgs-Teilchen ein Schlüsselelement, während viele andere kosmologische Theorien es nur als Nebenprodukt betrachten", sagt Tulin. Gegenwärtig besitze das Higgs-Boson nach Ansicht der meisten Wissenschaftler kein Antiteilchen, doch das kosmologische Standardmodell erlaubt die Existenz von Higgs- und Anti-Higgs-Bosonen im sehr frühen Universum. Laut Tulin und Servant bestand jedoch ein Ungleichgewicht zwischen beiden Partikeln, denn das Higgs-Boson wechselwirkt auch mit normaler Materie, was letztlich das Verhältnis zwischen dem Higgs-Boson und seinem Antiteilchen verschiebt. Und das führte schließlich zu einem Universum mit mehr Materie als Antimaterie. Die Physiker bezeichnen ihre Theorie als Higgsogenese – analog zur Baryogenese, einem Prozess im frühen Universum, durch den mehr Baryonen (eine Partikelfamilie, die unter anderem Neutronen und Protonen beinhaltet) als Antibaryonen entstanden sein sollen. "Die Higgsogenese ist eine Alternative", so Tulin.

Wenn das Higgs-Teilchen ebenso mit Dunkler Materie reagiert hat – etwa indem es Dunkle-Materie-Partikel bei seinem Zerfall erzeugt – könnte es auch das heute vorhandene Verhältnis von Dunkler zu sichtbarer Materie im All erzeugt haben, vermuten Tulin und Servant. Wenn das Higgs-Boson sich tatsächlich derart verhielte, könnte man auf diese Weise die Hypothese von der Dunklen Materie überprüfen, meint Servant. Wenn das Higgs-Teilchen im LHC des CERN zerfällt, entstünden dabei nämlich auch Teilchen der Dunklen Materie, die im Detektor nicht sichtbar sind. Bislang wurden die Higgs-Zerfälle noch nicht ausreichend am LHC untersucht, um eine Aussage treffen zu können, ob dieser Prozess so eintritt oder nicht. In Zukunft könnte das aber möglich sein, so Servant.

Auch andere Forschergruppen verfolgen den Higgsogenese-Ansatz. Bereits im Juli stellte die theoretische Physikerin Sacha Davidson von der Université de Lyon und ihre Kollegen einen Artikel zum Thema auf den ArXiv-Server: Darin wurde diskutiert, was erforderlich wäre, um das asymmetrische Verhältnis zwischen dem Higgs und dem Anti-Higgs zu erzeugen, damit die Higgsogenese nach dem Urknall in Gang kommt. Schon eine relativ einfache Theorie – in der das Standardmodell der Teilchenphysik alle normalen Partikel sowie zwei Higgs und ein zusätzliches, nicht beobachtbares higgsartiges Teilchen umfasst – kann demnach eine Asymmetrie erzeugen, wie sie Servant und Tulin vorschlagen.

Manoj Kaplinghat, theoretischer Physiker an der University of California in Irvine, schätzt die These von Tulin und Servant wegen ihrer Einfachheit. "Wir wissen, dass das Higgs existiert. Wir wissen, dass Dunkle Materie und eine Aysmmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Und wir versuchen, alle drei empirischen Fakten zusammenzuführen", sagt er. "Dieser neue Ansatz ist minimalistisch, und das macht ihn interessant."

41. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 41. KW 2013

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