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Neues Teilchenbeschleuniger-Experiment mit österreichischer Beteiligung ist in Japan gestartet

Das Belle II-Experiment am japanischen Teilchenbeschleuniger SuperKEKB hat seinen Vollbetrieb aufgenommen. Physiker/innen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften sind maßgeblich beteiligt – erwartet wird ein Vielfaches an neuen, noch präziseren Daten. Dadurch erhoffen sich die Forscher/innen neue Erkenntnisse zur rätselhaften Dunklen Materie.

 

Foto: CR KEK

Nach Jahren der Vorbereitung und einem erfolgreichen Testbetrieb in der ersten Jahreshälfte 2018 hat das neue Belle II-Experiment am SuperKEKB-Collider seinen Betrieb aufgenommen. Der Teilchenbeschleuniger im japanischen Tsukuba in der Nähe von Tokio besteht aus einem unterirdischen, rund drei Kilometer langen Ring, in dem jeweils auf zwei gegenläufigen Umlaufbahnen Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, beschleunigt werden. Im Inneren des Detektors stoßen sie zusammen.

Nun wurden am 25. März 2019 die ersten Elektron-Positron-Kollisionen im Belle II-Experiment registriert, das nun vollständig mit einem hochmodernen Vertex-Detektor ausgestattet ist. Dieses Instrument vermißt die Teilchenbahnen in der Nähe des Kollisionspunktes mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern.

Das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist seit 2001 an japanischen Experimenten beteiligt und hat einen Teil des Vertex-Detektors, den sogenannten Silizium-Vertexdetektor (SVD), federführend entwickelt und gebaut. Wie schon in den letzten Jahren werden sich die ÖAW-Physiker/innen auch mit der Auswertung der Belle II-Daten beschäftigen, insbesondere für die Suche nach Dunkler Materie.

Vorgängerexperiment erhielt den Nobelpreis 

Belle II wird vom japanischen Forschungsträger KEK getragen und von einer internationalen Kollaboration aus 113 Forschungseinrichtungen mit rund 500 Wissenschaftler/innen betrieben, davon etwa ein Drittel aus Europa. Beim Experiment am SuperKEKB-Teilchenbeschleuniger werden durch gezielte Kollisionen von Elektron- und Positronpaketen Paare von sogenannten B-Mesonen erzeugt, die äußerst kurzlebig sind und deren Zerfallsprodukte von den Detektoren noch präziser als im Vorgängerexperiment KEKB erfasst werden. 

Was den SuperKEKB etwa vom LHC-Teilchenbeschleuniger am CERN in der Schweiz unterscheidet, ist die niedrigere Energie bei gleichzeitig höherer Anzahl an Teilchenkollisionen, wodurch hochpräzise Messungen möglich sind. Das nun angelaufene Belle II-Experiment zielt darauf ab, 50-mal mehr Daten zu sammeln als sein Vorgänger Belle, der bis zum Jahr 2010 in Betrieb war und mit seinen Forschungsergebnissen die Grundlage für den Physik-Nobelpreis 2008 an Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa gelegt hat. 

Elfköpfige österreichische Forschungsgruppe in Japan

„Mit unserem bisherigen Wissen lassen sich nur etwa fünf Prozent des Energieinhalts im Universum beschreiben, nicht aber die Eigenschaften von Dunkler Energie und Dunkler Materie. Mit diesem neuen Detektor erhoffen wir uns Ergebnisse jenseits des bisher bekannten Standardmodells der Physik“, sagt Christoph Schwanda von der ÖAW, der die elfköpfige österreichische Forschungsgruppe am SuperKEKB leitet. 

Die nun eingeleitete Phase des Belle II-Experiments wird bis 2027 laufen - die ÖAW-Physiker/innen sind über den gesamten Zeitraum an der Auswertung der Daten beteiligt.