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Dem Antimaterie-Rätsel auf der Spur
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des Excellence Cluster Universe
astronews.com
26. März 2018
Nach achtjähriger Umbauphase sollen am japanischen
Teilchenbeschleuniger SuperKEKB bald wieder Elektronen und Positronen
aufeinanderprallen. Die Forscher hoffen, dass sich aus den dabei entstehenden
Zerfallsprodukten Hinweise auf die spannende Frage ergeben, warum es im
Universum eigentlich kaum noch Antimaterie gibt.
Der Belle II-Detektor zeichnet die von
SuperKEKB produzierten Teilchenkollisionen auf
und wertet sie aus.
Bild: Shota Takahashi/KEK [Großansicht] |
Warum gibt es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie? Um diese
fundamentale Frage zu klären, bereiten Forscher des Exzellenzclusters
Universe im Rahmen einer internationalen Forschungskollaboration im
japanischen Tsukuba ein wichtiges Experiment vor. Nach achtjähriger Umbaupause
werden im erneuerten Teilchenbeschleuniger SuperKEKB in Kürze wieder Elektronen
und Positronen zur Kollision gebracht.
Der ebenfalls umgebaute Detektor Belle II zeichnet dann die
Ereignisse mit erhöhter Präzision auf und soll damit neues Licht auf das
Verständnis der kleinsten Materieteilchen werfen. Mit dem Belle-II-Experiment
wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine seltene Symmetrieverletzung
untersuchen – und die Frage klären, warum im heutigen Universum kaum mehr
Antimaterie vorkommt.
Eine entscheidende Rolle dabei spielen Zerfälle von B-Mesonen. Diese Teilchen
werden beim Zusammenprall von Elektronen und Positronen gebildet. Der neue
SuperKEKB-Beschleuniger produziert 40-mal so viele Kollisionsereignisse wie sein
Vorgänger – und damit auch deutlich mehr Daten. Um diese analysieren zu können,
wird derzeit auch der Belle-Detektor nachgerüstet. An Belle II arbeiten etwa 100
Forschungseinrichtungen aus 25 Ländern mit. Das Exzellenzcluster Universe
ist mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Physik, der
Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München am
Bau des innersten Detektors und der Entwicklung der Software zur Auswertung der
Daten beteiligt.
"Mit dem Pixel-Vertex-Detektor lässt sich der Zerfallsort der B-Mesonen mit
höchster Präzision messen", erklärt Hans-Günther Moser, Wissenschaftler vom
Max-Planck Institut für Physik. "Diese Informationen sind entscheidend, um
mögliche Abweichungen in den Teilchenzerfällen feststellen zu können."
Software-Koordinator Prof. Dr. Thomas Kuhr von der LMU ergänzt: "Außerdem sind
wir nun in der Lage ein Vielfaches mehr an Daten zu verarbeiten – wir sprechen
von über 200 GBit/s beim innersten Detektor. In Kombination mit verbesserten
Algorithmen erwarten wir eine sehr große statistische Sicherheit, um bisher
beobachtete Abweichungen vom Standard-Modell der Teilchenphysik auch verlässlich
bestätigen oder widerlegen zu können. Seit Jahren bereiten wir diese sehr
aufwendigen Messungen in Japan vor."
Am 21. März 2018 wurde erfolgreich ein Elektronenstrahl in den
Beschleunigerring eingebracht. Ihm folgt Anfang April ein Positronenstrahl.
Parallel dazu laufen die letzten Vorbereitungen für die erste Teilchenkollision,
die bald stattfinden soll. Der SuperKEKB-Beschleuniger
und der Belle II-Detektor bilden ein Tandem, mit dem Wissenschaftler nach neuer
Physik jenseits des Standardmodells suchen.
Hinweise darauf hoffen sie in seltenen Zerfällen von Teilchen zu finden, wie
B-Mesonen, Charm-Hadronen und Tau-Leptonen. "Mit der erfolgreichen
Inbetriebnahme des Beschleunigers und des Belle II-Experiments öffnet sich nun
die Tür für einzigartige wissenschaftliche Resultate und hoffentlich viele
Überraschungen", sagt Teilchenphysiker Prof. Dr. Stephan Paul von der TUM.
Mit der Modernisierung stellt SuperKEKB einen neuen Rekord auf. Im Vergleich
mit anderen Beschleunigern erzielt er die höchste Luminosität. Darunter versteht
man die Anzahl von Kollisionen pro Sekunde und definierter Fläche. Auch
gegenüber seinem Vorgänger legt SuperKEKB deutlich zu: Pro Sekunde entstehen
1000 B-/Anti-B-Mesonenpaare – bei KEKB waren es 25.
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