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Der Belle II-Detektor zeichnet die von SuperKEKB produzierten Teilchenkollisionen auf und wertet sie aus.

Bild: Shota Takahashi/KEK

Warum gibt es so wenig Antimaterie im All? Japanischer Teilchenbeschleuniger 
startet durch

10.04.2018

Warum gibt es im Universum so viel mehr Matrie 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.

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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.

Wo ist die Antimaterie hin?

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 40mal 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 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.“

Wie aus dem Überraschungsei

„Seit Jahren bereiten wir diese sehr aufwendigen Messungen in Japan vor. Mit der erfolgreichen Inbetriebmnahme des Beschleunigers und des Belle II Experiments in Japan öffnet sich nun die Tür für einzigartige wissenschaftliche Resultate und hoffentlich vielen Überraschungen.“

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 40mal 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 (TUM) am Bau des innersten Detektors und der Entwicklung der Software zur Auswertung der Daten beteiligt.

Ein Tandem für Suche nach neuer Physik

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 vielen Überraschungen“, sagt Teilchenphysiker 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 1.000 B-/Anti-B-Mesonenpaare – bei KEKB waren es 25.

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