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Der Higgs-Mechanismus

Allgemein

Der Higgs-Mechanismus

In den modernen Quantenfeldtheorien spielen Symmetrien und spontane Symmetriebrechungen eine entscheidende Rolle. Symmetrische Zustände sind einfach, aber oft instabil. Dies trifft auch für das Higgs-Feld zu. Mathematisch lässt sich sein Potenzial ähnlich beschreiben wie die Form eines Sombrero-Huts.

Kurz nach dem Urknall hatte das Feld, das den ganzen Weltraum durchzieht, einen symmetrischen Zustand. Das lässt sich mit einer Kugel veranschaulichen, die auf dem „Gipfel” (lokales Maximum) des Higgs-Potenzials ruht, sodass alle Richtungen gleichberechtigt sind. Als sich das All abkühlte, spaltete sich die elektroschwache Kraft auf in die beiden seither getrennten Kräfte des Elektromagnetismus und der schwachen Wechselwirkung. Zuvor waren alle Elementarteilchen masselos. Doch von nun an konnten viele Teilchen-Arten mit dem Higgs-Feld wechselwirken und erhielten dabei ihre Masse. Dieser Phasenübergang lässt sich durch das Hinabrollen der Kugel in die energieärmere Rinne an irgendeiner Stelle des Potenzials beschreiben (Symmetriebrechung). Wird das Feld dann angeregt, schwingt die Kugel dort hin und her. Diese Oszillationen entsprechen dem massereichen Higgs-Boson.

Der Higgs-Mechanismus erzeugt also die Masse der Elementarteilchen. Doch rund 99 Prozent der Masse eines Atomkerns ist nicht die Summe der Quark-Massen, sondern entsteht durch die Bindungsenergie zwischen den Quarks.

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