Elektron-Positron-Kollisionen am „Next-Generation“-Teilchenbeschleuniger für 2017 geplant / Mainzer Physiker beteiligt am Detektorbau sowie der Auswertung zukünftiger Experimente
Bei der Konstruktion des Teilchenbeschleunigers SuperKEKB am japanischen Forschungszentrum KEK ist ein Meilenstein erreicht: Elektronen und Positronen kreisen erstmals in den beiden dafür vorgesehenen Speicherringen. Nach verschiedenen Testläufen soll ab 2017 die Experimentierphase beginnen, in der die beiden Teilchenstrahlen zur Kollision gebracht werden. Eine wesentliche Fragestellung bei den Experimenten wird sein, warum die Antimaterie, die in ähnlicher Menge wie die uns umgebende Materie existieren sollte, im Universum weitestgehend verschwunden ist. Mainzer Physiker sind an der Entwicklung des zugehörigen Detektors beteiligt, der die entstehenden Teilchen und ihre Zerfallsprodukte aufzeichnet. Zudem werden Physiker aus der Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Concettina Sfienti gemeinsam mit etwa 600 Wissenschaftlern aus 23 Ländern an der Auswertung der Experimente mitarbeiten.
Ebenso wie der Beschleuniger, der seinen Vorgänger KEKB ablöst und eine um das vierzigfache größere Kollisionsrate erlaubt, wird auch der verwendete Detektor Belle für die zu erwartenden extremen Anforderungen modernisiert. Der deutsche Beitrag zum neuen Detektor Belle II ist ein hochauflösender Spurdetektor im Herzen der Apparatur, der den Kollisionspunkt und die Spuren der erzeugten Teilchen sehr genau bestimmen kann: die Ungenauigkeit wird weniger als die Hälfte der Dicke eines menschlichen Haares betragen. Die Expertise der Mainzer Physiker liegt dabei in der Software zur Überwachung des Detektors und der Ausleseelektronik. Mit dieser Software werden die Betriebsparameter des Detektors gesteuert, und seine Leistungsfähigkeit wird kontinuierlich kontrolliert. Die hohe Kollisionsrate macht es zwar erforderlich, bis an die Grenze des Machbaren leistungsfähige und somit kostspielige Hardware einzusetzen, soll es im Gegenzug aber auch ermöglichen, selten auftretende Ereignisse zu registrieren.
„Das ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von SuperKEKB – einem Beschleuniger, der eine vierzigmal höhere Luminosität erreichen wird als der stärkste Collider, der je gebaut wurde. Das Experiment wird uns den größten Datensatz von hochpräzise vermessenen Teilchenkollisionen liefern, der bisher produziert worden ist, und könnte zur Entdeckung neuer Teilchen führen“, so Concettina Sfienti, Professorin am Institut für Kernphysik der JGU.
Zudem erhofft man sich, extrem selten vorkommende Ereignisse nachzuweisen, die in frühen Phasen unseres Universums stattgefunden haben könnten – und damit neue physikalische Gesetze jenseits des Standardmodells zu entdecken.