I den nya SuperKEKB-acceleratorn i Japan har de första kollisionerna av materia och anti-materiella partiklar upptäckts. Forskare från LMU och Universe Cluster är involverade i experimenten.

Partikelfysiker har väntat på detta ögonblick länge:Den 26 april 2018 klockan 0:38 GMT+09:00 på KEK (Japans High Energy Accelerator Research Organization) i Tsukuba, strålar av materia och anti-materiella partiklar kolliderade för första gången i den nya SuperKEKB-acceleratorn. Nyheten om denna framgång kom från detektorn, också:Belle II -instrumentet, vilket också är en ny utveckling, "såg" och spelade in partikelspåren som producerades vid kollisionen. Forskare hoppas att experimentet kommer att hjälpa dem att förstå varför det ursprungliga balanserade förhållandet mellan materia och anti-materia i universum förändrades, så att det nu nästan inte innehåller något av det senare.

Vad är nyckeln till att lösa frågan/mysteriet mot materia? Forskare försöker hitta det i sönderfallsmönstren hos kortlivade partiklar, B-mesoner i synnerhet, där ett litet överskott av materia kan observeras.

B-mesoner är par av kvarkar med en särskild egenskap:En av de två kvarkerna är antingen en skönhet (B-) kvark eller motsvarande antipartikel. B-mesoner produceras när elektroner och positroner (anti-elektroner) kolliderar och förstör varandra.

Sök efter speciella förfall

SuperKEKB accelererar elektroner och positroner som cirkulerar i motsatta riktningar innan de bringas till kollision i Belle II -detektorn. Belle II registrerar och analyserar konsekvenserna av dessa kollisionshändelser. "Partikelspåren måste mätas mycket exakt om vi ska upptäcka sönderfall som avviker från normen, "förklarar doktor Hans-Günther Moser från Max Planck Institute for Physics (MPP)." Denna uppgift faller på en högkänslig pixeldetektor, som ligger direkt vid kollisionspunkten i centrum av Belle II. "Prof. Dr. Thomas Kuhr från LMU tillägger:" Förutom förbättrade detektorer, sofistikerade algoritmer krävs också för att hitta de minsta avvikelserna vid analys av de stora mängder data som registreras. "

För åtta år sedan, uppgraderingsåtgärder började på KEK -acceleratorn och Belle -detektorn i Tsukuba. Målet med detta stora projekt är att öka det tidigare uppnåbara utbytet av B-mesoner med en faktor 40:Under de kommande 10 åren, SuperKEKB-Belle II-kombinationen förväntas producera och utvärdera cirka 50 miljarder B-mesoner. Denna enorma ökning av datamängden ökar också chansen att hitta det eftertraktade sönderfallsmönstret.

Forskare från LMU, Excellence Cluster Universe, Max Planck Institute of Physics och Technical University of Munich (TUM) är involverade i konstruktionen av den innersta detektorn och i utvecklingen av programvaran för utvärdering av data.

En ringaccelerator på hemsträckan

En avgörande innovativ egenskap hos SuperKEKB är en nydesignad positronring och ett komplext system med supraledande magneter som håller partikelbuntarna på rätt spår. Den nya Belle II -detektorn, vars funktioner är perfekt anpassade till anläggningen, kommer att tas i drift samtidigt som den uppgraderade acceleratorn.

Några veckor sedan, en elektron och en positronstråle matades in. Sedan dess har forskare och teknisk personal har arbetat med att anpassa partikelstrålarna till kollisionspunkten inuti Belle II -detektorn. Dessutom, instrument som byggts på MPP används för närvarande för att mäta bakgrundssignaler som skulle störa framtida analyser. Efter denna testfas, de sista komponenterna, inklusive pixeldetektorn i vars utveckling MPP har spelat en avgörande roll, kommer att installeras och kalibreras. Den nuvarande planen är att det vetenskapliga programmet ska komma igång i början av nästa år.