LHC auf der Suche nach dem völlig Unerwarteten
Das Standardmodell beschreibt lediglich, auf welche Weise eine Ansammlung von durch vier Kräfte (Gravitation, Elektromagnetismus sowie starke und schwache Wechselwirkung) miteinander interagierenden Elementarteilchen unser gesamtes Universum bildet. Dieses in den frühen 1970er Jahren entwickelte Modell ergibt sich aus einer Reihe von Symmetrieprinzipien, die fast jedes bei hohen Energien durchgeführte Experiment erklären. Zwecks Nachprüfung des Standardmodells sind Präzisionsmessungen im Higgsbereich der Elementarteilchen ein Hauptthema des LHC-Physikprogramms. Ein weiteres Ziel dieser Messungen war die Suche nach Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells. Das Team des FPTLHC-Projekts (From flavor precision tests to LHC discoveries) ging davon aus, dass diese Messungen den Vorstoß in neue Welten der Physik einläuten. Die Effekte im Zusammenhang mit dieser neuen Physik wurden auf indirekte Weise über die Abweichungen durchsucht, die sich aus dem Austausch neuer Teilchen ergeben. Zum Beispiel bilden die zusätzlich vorhandenen Higgs-Bosonen, die in Bezug auf Supersymmetrie vorhergesagt wurden, eine Erweiterung des Standardmodells. Insbesondere lenkten energiearme Messungen auf Basis der genaueren Statistik der Myonen-, Kaonen-, Tau- Charm- und B-Mesonenerzeugung die FPTLHC-Physiker bei ihrer Suche. Die Projektmitglieder interpretierten die vorhandenen Daten im Zusammenhang mit Änderungen des Flavours der Teilchen durch die schwache Kraft. Sie ist im Prinzip nicht anders als die Veränderung des Spins der Teilchen durch die elektromagnetische Wechselwirkung. Die fehlenden Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells stützen eine dem Standardmodell ähnliche Flavour-Struktur. Einem anderen Ansatz als der Flavour-Struktur des Standardmodells folgend, gingen die FPTLHC-Wissenschaftler davon aus, dass das Flavour-Spektrum der neuen Physik anarchisch ist. Dieses Szenario wurde durch theoretische Modelle und Untersuchungen der möglichen Auswirkungen auf energiearme Präzisionsmessungen erkundet. Man konnte zwei bemerkenswerte Fortschritte erzielen. Das Team erstellte eine phänomenologische Beschreibung des in jüngster Zeit beobachteten Diphotonenüberschusses an invarianter Masse von 750 GeV am ATLAS und den CMS LHC-Detektoren. Die Forscher haben außerdem bewiesen, dass die präzise Atomphysik möglicherweise die atomare Higgs-Kraft mit einer Genauigkeit untersuchen kann, welche die der LHC- und LEP-Teilchenbeschleunigerexperimente übertreffen könnte. Das Zusammenspiel der direkten Suchen mit den indirekten Suchen muss jedoch noch im Lichte neuer experimenteller Resultate der LHC-Experimente untersucht werden. Insbesondere ist die Bedeutung indirekter Tests mit der Entdeckung eines Higgs-ähnlichen Bosons nach den ersten LHC-Resultaten, dem aber keine weiteren neuen Teilchen folgten, entscheidend.
Schlüsselbegriffe
Großer Hadronen-Speicherring, Large Hadron Collider, Standardmodell, FPTLHC, neue Physik, Higgs-Bosonen, Teilchenflavour
