Das geleakte ATLAS-Vielleicht-Higgs

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Kommentar

Der Commentarus Dilicti, der Kommentar, der alles ins Rollen brachte.

»Ernsthaft, physikBlog, schon wieder Teilchenphysik? Meh?« Ja! Endlich wird der Welt klar, was die beste aller Physikdisziplinen ist! Die Weltherrschaft ist zum Greifen nahe!
Letzte Woche machte eine Schlagzeile aus der Teilchenphysik die Runde — wiedermal.

Man habe endlich das Higgs gefunden, so der Tenor, der aus der Ecke des ATLAS-Experiments am LHC-Teilchenbeschleuniger zu kommen scheint. Ins Rollen brachte diese Vielleichtmeldung ein anonymer Kommentar in einem Teilchenphysik-Blog.

Euer Lieblings-Gossip-Blog (wir) erklärt die Vielleichtentdeckung und nimmt diesen »Leak« zum Anlass, morgen einmal hinter die Kulissen der Geburt einer Publikation eines Teilchenphysikexperiments zu blicken. Exklusive Informationen, wie sie enthüllender nicht sein könnten. Physik, spannend wie ein Paparazzi-Foto einer Adelsfamilie im Sommerhaus.

Heute kümmern wir uns um den Kern der Sache: Die Vielleichtentdeckung der nichtoffiziellen Teil-ATLAS-Publikation.
Dank des Beitrags von desletzt können wir uns an dieser Stelle eine Einführung in die Teilchenphysik sparen. Puh.

Trotzdem einmal kurz:

Das Higgs1

Das Thema des Leakstracts2 ist die vermeintliche Entdeckung des Higgs-Bosons. Dieses Teilchen ist ein ganz besonderes und in jedem Teilchenphysikartikel so allgegenwärtig wie Babykatzen im physikBlog. Die zentrale, wichtigste Eigenschaft des Higgs-Bosons: Es verleiht allen anderen Teilchen ihre Massen. Nicht schlecht, was? Das Problem: Bisher ist das Teilchen nur eine Theorie. Das Higgs-Boson ist das einzige Teilchen des Standardmodells, das man noch nicht gefunden hat.
Man hofft es an den Experimenten am LHC am CERN zu finden — schließlich wurden Beschleuniger und Detektoren auch im Hinblick darauf konstruiert3.

So können beim Higgszerfall zwei Photonen erzeugt werden. Aus der Doktorarbeit von Ulrik Egede.

Wie viele der interessanten Teilchen in Beschleunigerexperimenten ist das Higgs-Boson instabil. Es zerfällt. Man weist es also nicht direkt nach, sondern indem man seine Zerfallsprodukte beobachtet.
Ein möglicher Zerfallskanal des Higgs ist der, bei dem nur zwei Photonen entstehen: H → ??. Allerdings zerfallen nur 0,2 Prozent aller Higgs auf diese Weise — die meisten entscheiden für einen anderen Weg4. Weist man die richtige Anzahl von Zerfallsprodukten (z.B. zwei Photonen) nach, die über passende Energien und Impulse verfügen, so weist man das Higgs-Boson nach. Easy peasy.

Der Blogkommentar

Vor ein paar Tagen tauchte in dem Blog des Teilchenphysikers Peter Woit5 ein anonymer Kommentar auf. Darin wurden Titel, Autoren und Abstract einer ATLAS-internen Note gepostet, die eine Resonanz6 in der 115-GeV-Region von Doppel-Photon-Ereignissen feststellt und interpretiert. Auch einen Link zur Originalquelle gibt’s dazu, die aber hinter den geschlossenen ATLAS-Türen verborgen bleibt.

Trotzdem, bereits aus dem Abstract lässt sich die Interpretation folgern: Higgs!

Und zwar kein ordinäres Higgs. Nehein! Man sieht Hinweise, dass es sich um ein Nicht-Standardmodell Spezial-Higgs mit extra viel Ketchup handelt7. Es ist nicht nur schwerer als das vorausgesagte Higgs, was an sich noch nicht verwunderlich, sondern wegen vorheriger Messungen anderer Beschleunigerexperimente sogar notwendig ist. Aber es wäre zudem mit einer höheren Wahrscheinlichkeit als 0,002 in zwei Photonen zerfallend — schließlich passt die beobachtete Erhöhung in der Massenverteilung nicht zur Standardmodell-H→??-Theorie, nach der man derartige Beobachtungen frühestens in einigen Monaten erwarten würde. Higgs und BSM8 im ersten potenziell prominenten Paper-Teilleak der Teilchenphysik. Wohow!

Meinungen

Das ist zu schön um wahr zu sein. Vermutlich zumindest. Und da es abseits des Abstracts keine Informationen gibt, wird dieser Zustand wohl auch noch etwas so bleiben.

Katze beim Anblick des Gottesteilchens (nicht im Bild). Bild von massdistraction auf flickr.

Skeptisch sind die Leute, die sich damit auskennen. Solch eine Resonanz sollten doch die älteren Beschleuniger Tevatron und LEP bereits gesehen haben. Es gäbe noch gar keine Theorie, die solch ein Higgs vorhersagte — und das unter all den vielen Theorien, die da draußen rumschwirren. Man bräuchte wohl auch ein paar neue Teilchen, um das hinzubiegen, und eigentlich ist man ja relativ zufrieden, mit denen, die man hat.
Und dann, wie desletzt schon, das Handwerkliche: Ist der Hintergrund richtig berechnet? Andere Effekte beachtet?
Dass die Autoren des Papers9 bereits früher von den meisten Physikern skeptisch beurteilte Fast-Higgs-Ergebnisse veröffentlichten, macht die Sache auch nicht besser.

Also…?

Ob Higgs oder nicht Higgs, das bedarf noch vieler Analysen und Diskussionen. Von denen werden ein Großteil aber hinter verschlossenen Türen stattfinden: In den toroidalen Räumen des ATLAS-Experiments.
Denn man darf nicht vergessen, dass es sich bei dem Leakstract um einen »Leak« handelt. Die Note existiert in der Datenbank von ATLAS tatsächlich, aber es wurde noch nicht nach den Qualitätskriterien untersucht, die ein Paper passieren muss, ehe es das Licht der öffentlichen Welt erblickt.
Und bis dahin kann noch viel, viel passieren.

Wie so ein Weg von der Entdeckung am Computerbildschirm bis zur Veröffentlichung der Publikation aussehen kann, das wollen wir morgen am Beispiel eines fiktiven Teilchens erläutern.

Wer bis dahin nicht still sitzen kann, ob dieses hochspannenden Themas, der möge sich die bei »A Quantum Diaries Survivor« zum Thema gelisteten Other Resources durchlesen.

Nachtrag, 12.5.: ATLAS hat letzte Woche eine Note rausgebraucht, in dem sie den Untergrund aus 2010 und 2011 in Hinblick auf diphotonische Higgs beidermaßen betrachten. Und alles ist so, wie man es sich nach Standardmodell vorstellt. Keine Überhöhung. Kein Higgs. Falscher Alarm, also.

  1. Gesundheit. []
  2. Frisch erfundener Slang für “geleakter Abstract”. []
  3. Lasst mich diese Aussage etwas relativieren: Man möchte sehr viele Teilchen am LHC erzeugen und messen, von denen durchaus auch einige neu sein könnten — das Higgs ist nur eines davon. Aber es ist ein sehr Wichtiges. []
  4. In den Energieregionen, die das Paper untersuchte, sind die Zerfälle in b-Quark-Paare, in ?-Lepton-Paare oder in zwei W-Bosonen häufiger anzutreffen. []
  5. Der hat eigentlich nur Teilchenphysik gelernt und lehrt jetzt an einer mathematischen Fakultät. Aber sein Blog behandelt viele teilchenphysikalische Themen, zack, da wird er hier zum Teilchenphysiker. []
  6. Resonanzen sieht man zum Beispiel in Masseverteilungen immer dann, wenn Ereignisse häufiger, als es die statistische Verteilung erwarten lässt, vorkommen. Meist liegt das daran, dass die gemessenen Teilchen aus dem Zerfalls eines Mutterteilchens stammen, dessen Ruhemasse in der Resonanzenergie liegt. Resonanz = Hinweis auf Teilchen, könnte man also sagen. []
  7. Ketchup ist kein Fachwort der Teilchenphysik, sondern wurde hier nur zur Verdeutlichung des Sachverhalts, d.h. metaphorisch, verwendet (Anm. d. Red.). []
  8. Na, das ist nichts Schweinisches. Da fehlt das D. Sorry. Die Abkürzung bezeichnet Physik jenseits des Standardmodells – Beyond Standard Model. []
  9. Das sind im Moment ein paar Physiker und mitnichten die gesamte ATLAS-Kollaboration. []
Kurzlink
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Eine Antwort auf Das geleakte ATLAS-Vielleicht-Higgs

  1. Andi sagt:
    #1

    Und wer etwas mehr und etwas populärwissenschaftlicheres zum Higgs lesen möchte: http://blogs.uslhc.us/an-idiosyncratic-introduction-to-the-higgs

  1. Pingback: Der komplizierte Geburtsweg einer Teilchenphysik-Publikation bei physikBlog