PARTICLE PHYSICS

Entgehen bislang unbekannte Teilchen am Large Hadron Collider den großen Detektoren? Ein Prototyp-Detektor namens CODEX-beta soll dies herausfinden – und hat nun erste Daten am CERN aufgezeichnet. Die Kollaboration um CODEX-beta – sowie dessen geplante größere Version CODEX-b – umfasst mehrere Institute weltweit. An der internationalen Kollaboration ist auch eine DESY-Wissenschaftlerin als stellvertretende Sprecherin beteiligt. CODEX-b ist darauf ausgelegt, eine neue Methode zur Suche nach versteckten Teilchen zu testen: Dabei wird nach Anzeichen neuer Physik gesucht, die sich nach einer LHC-Kollision zunächst einige Meter zurücklegen könnten, bevor sie in einer abgeschirmten Messumgebung in der Nähe zerfallen.

Die wichtigsten Experimente am Large Hadron Collider (LHC) am CERN zählen zu den besten Werkzeugen, die Forschenden zur Verfügung stehen, um zu erforschen, warum unser Universum so ist, wie es ist. Zwischen CMS, ATLAS, LHCb und ALICE haben die vier großen Experimente immense Mengen an Daten zusammengetragen, die viele wichtige Erkenntnisse geliefert haben. Doch bisher bestätigen diese Daten keine Abweichungen vom aktuellen Standardmodell der Teilchenphysik. Dieses Modell beschreibt die bekannten Elementarteilchen mit bemerkenswerter Präzision, lässt aber weiterhin zentrale Fragen unbeantwortet, unter anderen: Was ist Dunkle Materie? Warum gibt es im Universum mehr Materie als Antimaterie? Woher hat das Higgs-Boson seine Eigenschaften?

Verborgene Teilchen oder Kräfte könnten Teil der Antwort sein. Die Hauptexperimente am LHC sind jedoch nicht für jede mögliche Art von Signal optimiert. CODEX-b basiert auf der Idee, dass eventuell bei den LHC-Kollisionen bereits neue Teilchen entstehen, die jedoch in der unmittelbaren Umgebung des Kollisionspunkts schwer zu erkennen sind. Einige dieser Teilchen könnten mehrere Meter zurücklegen, bevor sie wieder in gewöhnliche Materie zerfallen, und dabei Spuren an Orten hinterlassen, an denen spezielle Detektoren wie CODEX-b nach ihnen suchen können.

CODEX-b zielt darauf ab, sogenannte langlebige Teilchen zu finden. Die meisten Teilchen, die in LHC-Kollisionen entstehen, verwandeln sich in extrem kurzer Zeit in andere Teilchen – ein Prozess, der als Teilchenzerfall bezeichnet wird. Die Zerfallsprodukte sind oft die Signale, die auf neue Teilchen hinweisen könnten. Bisher ging die Fachwelt davon aus, dass diese Zerfälle innerhalb der großen LHC-Detektoren stattfinden. Wenn die Zerfälle jedoch später auftreten – also, wenn sie langsamer zerfallen –, könnten sie außerhalb des Erfassungsbereichs der Detektoren stattfinden. Hier käme CODEX-b ins Spiel und hätte die Chance, solche Ereignisse aufzuspüren. Diese könnten wertvolle Informationen über neue Physik enthalten, die für unser Verständnis des Universums entscheidend sind.

CODEX-beta, das seit Mai 2026 Daten aufzeichnet, misst etwa zwei Meter pro Seite – etwa ein Fünftel der Größe des geplanten CODEX-b-Detektors. Sein Zweck besteht darin, das Detektorkonzept unter realen LHC-Bedingungen zu testen und die für den Entwurf des vollwertigen Experiments benötigten Messdaten bereitzustellen. Ziel ist es, einen Suchbereich mit möglichst wenig Hintergrundrauschen zu schaffen.

„Die Konzeption und der Bau dieses Prototyps waren eine enorme Leistung einer kleinen Gruppe engagierter Hochenergiephysiker:innen, Theoretiker:innen und Ingenieur:innen, von denen viele ihre Freizeit in das Projekt investiert haben“, sagt Philip Ilten, Professor an der Universität Cincinnati in den USA und Sprecher des Experiments. „Die Daten dieses Prototyps werden entscheidend sein, um zu zeigen, dass wir auf diese Weise tatsächlich nach neuer Physik suchen können.“

„CODEX-beta ist ein wichtiger Schritt, weil es uns ermöglicht, das Detektorkonzept unter realen LHC-Bedingungen zu studieren,“ erklärt Juliette Alimena, Wissenschaftlerin bei DESY, Forscherin im Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg und stellvertretende Sprecherin des Experiments. „Wenn wir in einer bewusst ruhigen Umgebung nach seltenen Teilchenzerfällen suchen wollen, müssen wir diese Umgebung zunächst extrem gut verstehen. Diese ersten Daten sind der Beginn dieses Prozesses.“

Die Idee für CODEX-b entstand 2017. Heute umfasst die Kollaboration rund 60 Forschende an etwa 20 Institutionen. Der Prototyp CODEX-beta bereitet den Weg für den vollständigen Detektor, der – vorbehaltlich der Genehmigung durch CERN – neben dem LHCb-Detektor entstehen soll.

Weitere Informationen:

Lesen Sie den Artikel von Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA (auf Englisch): https://physicalsciences.lbl.gov/2026/07/08/codex-beta-records-first-data-in-search-for-hidden-particles/