Higgsmechanismus

Der Higgsmechanismus ist ein zentraler Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik. Er erklärt, wie Elementarteilchen Masse erlangen, ohne die Eichinvarianz der Theorie zu verletzen. Im Kern steht das Higgsfeld, ein skalares Feld, das den Raum durchdringt und dessen nicht verschwindende Vakuumerwartungswert die Symmetrie brechen kann.

Im elektroschwachen Teil des Modells basiert der Higgsmechanismus auf einer spontanen Symmetriebrechung der SU(2)×U(1). Das Higgs-Feld ist eine komplexe SU(2)-Doppeltt mit Hyperladung. In der Vakuumsituation nimmt es eine Richtung fest auf, wodurch drei der vier Feldkomponenten zu den longitudinalen Polarisationen der W±- und Z-Bosonen werden; das Photon bleibt masselos.

Die verbleibende Komponente des Feldes bildet das physikalische Higgs-Boson, dessen Masse m_H etwa 125 GeV beträgt. Die Massen der W- und Z-Bosonen ergeben sich aus der Vakuumerwartung v ≈ 246 GeV, während Fermionen ihre Masse durch Yukawa-Kopplungen mit dem Higgsfeld erhalten (m_f ∝ y_f v).

Experimentell bestätigte die Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider im Jahr 2012 durch die Experimente ATLAS und CMS die Vorhersagen des Mechanismus. Nach aktuellen Messungen stimmen die Eigenschaften des Teilchens weitgehend mit dem Standardmodell überein, während weitere Präzisionsmessungen auf mögliche Abweichungen oder neue Physik hinweisen.