Ohne Masse wäre das Universum ein völlig anderer Ort und unsere Welt gäbe es vermutlich gar nicht. Erst die Masse und die mit ihr verbundenen Wechselwirkungen von Elementarteilchen wie Quarks und Elektronen ermöglichen die Bildung von Materie. Doch woher bekommen diese Elementarteilchen ihre Masse? Das Standardmodell der Teilchenphysik – die Basis unseres physikalischen Weltbilds – lieferte darauf lange Zeit keine Antwort. Ebenfalls offen war die Frage, warum die Trägerteilchen der schwachen Kernkraft, die W- und Z-Bosonen, anders als alle anderen Träger der Grundkräfte eine Masse besitzen. Auf eine mögliche Lösung dieser Fragen kamen erst Anfang der 1960er Jahre mehrere theoretische Physiker – unter ihnen Robert Brout und Francois Englert in Belgien und Peter Higgs in Großbritannien. Unabhängig voneinander kamen sie zu der Erkenntnis, dass ein das gesamte Universum durchziehendes, unsichtbares Feld das Problem lösen könnte. Dieses heute als Higgs-Feld bezeichnete Skalarfeld kann, so die Theorie, mit materiebildenden Teilchen sowie den W- und Z-Bosonen interagieren und ihnen dadurch ihre Masse verleihen.
In einer bekannten Analogie vergleicht der britische Physiker David Miller diesen Brout-Englert-Higgs-Mechanismus mit einer Cocktail-Party. Betritt eine bedeutende Persönlichkeit den Raum, sammelt sich schnell eine Traube anderer Gäste um ihn. Der Prominente kann sich vor lauter Menschen kaum mehr vorwärtsbewegen – ähnlich einem Teilchen mit hoher Masse, das nur mit viel Energie beschleunigt werden kann. Wenn es dieses Higgs-Feld gibt, dann müsste es sich der Theorie zufolge zudem durch ein Teilchen manifestieren, dem Higgs-Boson. „Was könnte das Standardmodell besser mit den Messdaten versöhnen als dieses? Wenn es kein Higgs-Boson gibt, dann ergibt die ganze Theorie keinen Sinn“, konstatierte Peter Higgs im Jahr 2004. Die Suche nach diesem Teilchen gestaltete sich allerdings langwierig und schwierig – unter anderem, weil Physiker nicht wussten, bei welchen Energien sie nach dem Higgs-Boson suchen sollten.
Ein Meilenstein der Physik…
Am 4. Juli 2012 war es dann endlich soweit: Am Forschungszentrum CERN verkündeten Wissenschaftler das lange ersehnte Ergebnis: An den beiden großen Detektoren des Teilchenbeschleunigers LHC, ATLAS und CMS, hatte man unabhängig voneinander das eindeutige Signal des Higgs-Bosons nachgewiesen. Dieses hatte den Daten zufolge eine Masse von 125 Gigaelektronenvolt. Das passte perfekt zu dem Massenbereich, in dem man aufgrund von früheren Fahndungen das Higgs-Boson vermutete. Nachweisbar war dies jeweils an einem „Buckel“ in der Kurve der Zerfallsprodukte, erzeugt von den beim Higgs-Zerfall freigesetzten Photonenpaaren beziehungsweise Z-Bosonen. Beide Ergebnisse erreichten eine Signifikanz von mehr als fünf Standardabweichungen und erfüllten damit die Voraussetzung für die offizielle Entdeckung eines Teilchens. “Die Entdeckung des Higgs-Bosons war ein monumentaler Meilenstein der Teilchenphysik”, sagt Fabiola Gianotti, Generaldirektorin des CERN. “Sie markierte das Ende einer jahrzehntelangen Suche und den Beginn einer neuen Ära der Erforschung dieses speziellen Teilchens.” 2013 erhielten Francois Englert und Peter Higgs dafür den Nobelpreis für Physik als die beiden noch lebenden Vertreter der theoretischen Physiker, die den Higgs-Mechanismus und das Higgs-Boson vorhergesagt hatten.
