Higgs-Cousin: Physiker finden überraschend neues Elementarteilchen

Dass sich bisher unbekannte Teilchen auch ohne riesige Ge­rät­schaf­ten entdecken lassen, hat wohl kaum jemand ge­glaubt. Ge­nau dies ist nun aber Physikern des Boston College ge­lun­gen: Sie fan­den ei­nen engen Verwandten des Higgs-Bosons. Das Higgs-Boson ist nichtmagnetisch und gilt als massegebendes Elementarteilchen. Sein nun entdeckter Vetter - das axiale Higgs-Boson - hat hingegen ein magnetisches Moment, erzeugt also ein Magnetfeld. Es erfordert damit nach Angaben der Forscher eine komplexere Theorie zur Beschreibung als bei seinem nun seit zehn Jahren nachgewiesenen Cousin.

Für den Nachweis des Higgs-Bosons wurde damals der riesige Large Hadron Collider (LHC) am Kernforschungszentrum CERN benötigt. Das nun entdeckte Teilchen fand man hingegen mit einer vergleichsweise kleinen Versuchsanordnung, die auf eine normale Arbeitsplatte eines Labors passt. RTe3-Struktur und repräsentative Raman-Spektroskopie (©Nature) "Als meine Studentin mir die Daten zeigte, dachte ich, sie müsse sich irren", so Kenneth Burch, Physikprofessor am Boston College und leitender Forscher des Teams, das die Entdeckung machte, gegenüber dem Magazin Live Science. "Es kommt nicht jeden Tag vor, dass man ein neues Teilchen auf der Tischplatte findet."

Kandidat für Dunkle Materie

Das axiale Higgs-Boson entstand, als Quantenmaterialien bei Raumtemperatur eine bestimmte Gruppe von Schwingungen, den so genannten axialen Higgs-Modus, nachahmten. Die Forscher nutzten dann die Streuung des Lichts, um das Teilchen zu beobachten. Dabei wurde ein Laser in einen Seltene-Erden-Tritellurid (RTe3)-Kristall geschickt. Das Licht wurde gestreut und wechselte zu einer Farbe mit niedrigerer Frequenz. Dieser Prozess ist als Raman-Streuung bekannt. Während des Farbwechsels verlorene Energie erzeugte den axialen Higgs-Modus.

"Ursprünglich untersuchten wir lediglich die Lichtstreueigenschaften dieses Materials. Als wir die Symmetrie der Reaktion sorgfältig untersuchten - wie sie sich veränderte, wenn wir die Probe drehten - entdeckten wir anomale Veränderungen, die die ersten Hinweise auf etwas Neues waren", erklärte Burch. "Damit ist es das erste magnetische Higgs, das entdeckt wurde."

Weitergehende Forschungen müssen nun zeigen, wie man das neue Teilchen konkret in die Modelle der Teilchenphysik einordnen kann. Man munkelt bereits, dass man hier einen Kandidaten für die dunkle Materie gefunden haben könnte. Diese macht immerhin einen großen Teil der gesamten Masse des Universums aus, wurde aber bisher lediglich durch Gravitationseffekte, nie aber als konkrete Materie beobachtet.

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