Das Higgs-Boson ist mit dem Higgs-Feld verbunden, das vielen Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Vorhergesagt in den 1960er-Jahren, entdeckt erst 2012, wird seither geprüft, ob es sich exakt so verhält, wie das Standardmodell der Teilchenphysik es vorhersagt - oder ob sich Hinweise auf Physik jenseits davon zeigen.
Für die bislang umfassendste kombinierte Analyse haben Forschende Messungen aus Proton-Proton-Kollisionen zusammengeführt, die das CMS-Experiment am Large Hadron Collider zwischen 2016 und 2018 aufgezeichnet hat. Der Datensatz umfasst 138 fb^-1, eine enorme Stichprobe, denn Higgs-Ereignisse sind selten. Untersucht wurden zahlreiche Zerfallskanäle, darunter Zerfälle in Photonen, Bosonen und Leptonen.
Dazu kamen zwei gezielte Suchen. Zum einen nach unsichtbaren Higgs-Zerfällen, bei denen das Higgs in nicht nachweisbare Teilchen wie Kandidaten für Dunkle Materie zerfallen würde. Zum anderen nach seltener Off-Shell-Higgs-Produktion, bei der das Higgs als virtueller Zustand mit einer vom physikalischen Wert abweichenden Masse auftritt.
Das Ergebnis: Mit der aktuellen Messgenauigkeit verhält sich das Higgs-Boson wie vom Standardmodell vorhergesagt. Die gemessene Gesamt-Signalstärke liegt bei 1,01 ± 0,05, wobei 1 vollständige Übereinstimmung mit dem Standardmodell bedeutet. Es gibt in diesen Daten keine signifikanten Abweichungen.
Das ist kein Nullergebnis ohne Folgen. Viele Theorien, die das Standardmodell erweitern, sagen voraus, dass unentdeckte Teilchen oder Kräfte die Produktion oder den Zerfall des Higgs subtil verändern könnten. Weil die CMS-Messungen mit den Vorhersagen übereinstimmen, gibt es derzeit wenig Belege für solche Effekte - und viele vorgeschlagene Modelle neuer Physik werden dadurch deutlich eingeschränkt. Die Studie gilt als umfassendster Test des Higgs-Bosons mit CMS-Daten und verengt den Bereich möglicher Abweichungen, was künftige Suchen nach neuer Physik am LHC und an anderen Teilchenbeschleunigern mitbestimmt.
