Präzisionsarbeit: das internationale Forscherteam installiert den Vertexdetektor im Belle-II-Experiment. Bild: KEK
Am japanischen Forschungszentrum KEK hat der in den vergangenen Jahren komplett umgebaute Teilchendetektor Belle II sein letztes Bauteil bekommen. Der aus zwei unabhängigen Komponenten bestehende sogenannte Vertexdetektor komplettiert nun das Großinstrument, das im Frühjahr seine Arbeit aufnehmen soll. Belle II ist speziell darauf ausgelegt, in den Teilchenkollisionen des SuperKEKB-Beschleunigers nach physikalischen Phänomen zu suchen, die über die bisher erforschte Physiklandschaft hinausgehen. Seine Spezialität ist die Vermessung seltener Teilchenzerfälle, zum Beispiel von beauty-Quarks, charm-Quarks oder Tau-Leptonen, die in den Kollisionen entstehen. Damit hoffen die über 750 am Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, unter anderem der unbekannten Dunklen Materie oder dem rätselhaften Überschuss von Materie über Antimaterie im Universum auf die Spur zu kommen.
Den inneren Teil des Vertexdetektors bildet ein neuartiger Pixeldetektor, der von zwölf deutschen Instituten entwickelt und gebaut wurde. Dieser aus zwei Halbschalen bestehende hochempfindliche Detektor, der nur etwa die Größe einer Getränkedose hat, wurde bei DESY in den vergangenen Monaten ausgiebig getestet. Die beiden Halbschalen überstanden ihren Langstreckenflug von Deutschland nach Japan stoßsicher verpackt in der Schlafkabine des Flugkapitäns direkt hinter dem Cockpit.
Am KEK angekommen wurde der Pixeldetektor dann auf das Strahlrohr montiert, in dem die schnellen Teilchen des SuperKEKB-Beschleunigers kreisen werden, und mit dem Rest des Vertexdetektors verbunden, der in Japan zusammengebaut worden war. So dicht am Kollisionspunkt der Teilchen ist alles klein und eng, deswegen ist eine große Herausforderung, den Detektor zu verkabeln. Erst wenn er den jetzt anstehenden Systemtest bestanden hat, kann das innere Strahlrohr mit dem Rest des Beschleunigers verbunden werden. Dieser Schritt ist für Mitte Januar geplant.
Der Elektron-Positron-Beschleuniger SuperKEKB wurde in den letzten Jahren so umgebaut, dass dort bald mehr Teilchen kollidieren werden als jemals zuvor auf der Welt. Das bedeutet für Teilchendetektoren allgemein viel Stress.
Stress haben sie, weil sie einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt sind und viele Ereignisse auf einmal verarbeiten müssen. Besonders sind die Teile des Detektors gefordert, die genau um den Punkt herum sitzen, in dem die Teilchen miteinander kollidieren. Dort passiert viel – in winzigen Bruchteilen von Sekunden kollidieren, entstehen und zerfallen Teilchen, fliegen weiter in die äußeren Schalen des Detektors. Der jetzt eingesetzte Vertexdetektor sitzt genau dort und wird den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mit höchster Präzision sagen können, wo genau die Kollision stattgefunden hat und wann und wo die beim Zusammenstoß entstandenen Teilchen zerfallen sind.
Besonders konzentrieren sich die Forscher auf sogenannte B-Mesonen, also Teilchen, die ein beauty-Quark oder ein Anti-beauty-Quark enthalten. Die Art, wie sie zerfallen, könnte unter anderem den Schlüssel für die große offene Frage liefern, warum und wohin die Antimaterie aus dem Universum verschwunden ist.
Mehr zu Belle II: https://belle2.desy.de
