Der Nobelpreis für Physik 2013 wurde an Francois Englert (Brüssel) und Peter Higgs (Edinburgh) für ihre Theorie vergeben, die erklärt, wie Elementarteilchen Masse erhalten. Die Theorie wurde vor fast 50 Jahren entwickelt. Die Auszeichnung hat auch damit zu tun, dass die Theorie durch die Entdeckung des nach Peter Higgs benannten Higgs-Bosons im vergangenen Jahr durch die Experimente ATLAS und CMS am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik CERN in Genf eindrucksvoll bestätigt wurde. Daran waren auch Physiker der Universität Bonn beteiligt.

An den Messungen mit dem Großdetektor ATLAS wirken auch Physiker der Universität Bonn als größte deutsche Gruppe mit den Professoren Ian C. Brock, Klaus Desch, Jochen Dingfelder und Norbert Wermes mit. Der in Bonn maßgeblich entwickelte Pixeldetektor von ATLAS ist gewissermaßen eine Lupe für den Urknall. Er sitzt unmittelbar an der Kollisionszone der in dem LHC-Beschleuniger zusammenprallenden Protonen. Die Bonner Forscher arbeiteten an der Suche nach dem Higgs-Teilchen unmittelbar mit.

Das Higgs nimmt in der durch viele Experimente überprüften Theorie der Elementarteilchen eine Schlüsselrolle ein. Es hängt unmittelbar mit der Art und Weise zusammen, wie Elementarteilchen Masse erhalten, nämlich durch Wechselwirkung mit dem von Englert und Higgs postulierten Higgs-Medium. Der Effekt ist der gefühlten Bewegungseinschränkung ähnlich, wenn man sich durch ein Medium bewegt. Wenn man sich zum Beispiel durch Luft bewegt, „fühlt man sich leichter“ als wenn man zum Beispiel durch Wasser oder gar zähen Honig schreitet. Ein ähnliches Konzept liegt dem „Higgs-Mechanismus“ zugrunde. „Das Higgs-Teilchen ist eine unmittelbare Konsequenz dieses theoretischen Konzeptes. Seine Entdeckung ist eine wunderbare Bestätigung der Theorie, die jetzt durch den Nobelpreis gewürdigt wird“, sagt Prof. Wermes.

Die Experimente ATLAS und CMS veröffentlichten die Entdeckung des Higgs-Teilchens im Juli 2012 basierend auf einer Menge von Vierhundert Tausend Milliarden aufgenommenen Reaktionen der kollidierenden Protonen an dem Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider), bei denen eine Handvoll der extrem selten auftretenden Higgs-Teilchen mit komplizierter Experimentiertechnik herausgefischt wurden. Das Higgs-Teilchen ist so selten wie ein Stern unter allen Sternen der Milchstraße. Um es aus der Vielzahl der Reaktionen herauszufiltern, spielte der erwähnte Pixeldetektor eine maßgebliche Rolle.

Mittlerweile wurde die Zahl an analysierten Kollisionen verfünffacht. Mit der erhöhten Menge konnte überprüft werden, ob weitere Eigenschaften des Higgs-Teilchens den theoretischen Vorhersagen entsprechen. „Bis jetzt sieht es jedenfalls so aus, was die Motivation, den Nobelpreis an Englert und Higgs zu vergeben, sicherlich befördert hat“, sagt Prof. Desch. Prof. Brock ergänzt: „Dennoch wissen wir aber bereits, dass das Modell für die vollständige Erklärung der Teilchenwelt nicht ausreicht. Dies macht die kommenden Jahre mit dem ab 2015 bei doppelter Energie und Intensität laufenden LHC-Beschleuniger umso spannender.“