ATLAS- und CMS-Physiker haben über die mögliche Entdeckung eines seltenen Zerfalls des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) berichtet. Phys.org schreibt darüber.

Wissenschaftler haben den ersten Beweis für einen Prozess entdeckt, bei dem das Higgs-Boson in ein Photon und ein Z-Boson, den elektrisch neutralen Träger der schwachen Kraft, zerfällt. Dieses Ereignis ähnelt dem Zerfall in zwei Photonen, bei dem virtuelle Teilchen erscheinen und verschwinden, deren Lebensdauer durch das Unschärfeprinzip begrenzt ist. Die physikalischen Eigenschaften solcher Partikel entsprechen denen gewöhnlicher Partikel, sie können jedoch nicht direkt nachgewiesen werden.

Es wird angenommen, dass es unter den virtuellen Teilchen, die beim Zerfall des Higgs-Bosons entstehen, solche gibt, die vom Standardmodell der Elementarteilchenphysik nicht vorhergesagt werden. Demnach zerfallen etwa 0,15 Prozent der Higgs-Bosonen in ein Photon und ein Z-Boson, wenn das Higgs-Boson eine Masse von etwa 125 Milliarden Elektronenvolt hat. Einige Theorien, die das Standardmodell erweitern, sagen jedoch eine andere Zerfallsrate voraus.

Die Forscher analysierten Daten von Proton-Proton-Kollisionen während der zweiten Phase des LHC-Betriebs von 2015 bis 2018 und identifizierten das Z-Boson anhand seines Zerfalls in Elektronen und Myonen, um Zerfallsereignisse des Higgs-Bosons zu erkennen. Die statistische Signifikanz für die Entdeckung des mutmaßlichen Zerfalls lag bei 3,4 Sigma (Standardabweichung), während in der Teilchenphysik ein Wert, der um mehr als drei Sigma von Null abweicht, auf eine hohe Wahrscheinlichkeit schließen lässt, dass er nicht zufällig ist. Die eindeutige Entdeckung des Zerfalls konnte mit einer Differenz von fünf Standardabweichungen behauptet werden.

Darüber hinaus betrug die Differenz zwischen der aufgezeichneten Zerfallsrate und der vom Standardmodell vorhergesagten Rate 1,9 Sigma, was noch kein statistisch signifikantes Ergebnis darstellt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass während der dritten Phase des LHC und dem Erreichen einer höheren Leuchtkraft (charakterisiert die Häufigkeit von Kollisionen von Teilchen mit einem Ziel) genauere Daten erhalten werden, die auf die Existenz einer neuen Physik jenseits des Standardmodells hinweisen.