Das Belle II-Experiment
Dem Antimaterie-Rätsel auf der Spur
Warum gibt es im Universum Materie, aber kaum Antimaterie? Dieser Frage gehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Belle II-Experiment in Japan nach. Im Teilchenbeschleuniger SuperKEKB (Umfang: 3 Kilometer) wird Materie (Elektronen) und Antimaterie (Positronen) zur Kollision gebracht. In den dabei produzierten Teilchen suchen die Forscher nach Indizien, die den Überschuss an Materie erklären könnten.
Nach heutigem Wissen entstand dieses Ungleichgewicht, weil eine grundlegende Symmetrieeigenschaft von Teilchen verletzt ist. Neue Erkenntnisse erhoffen sich die Physiker von B-Mesonen, bei denen sie bereits eine Verletzung dieser Symmetrie nachweisen konnten. Diese Teilchenart entsteht, wenn Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen aufeinanderprallen.
Als "Fabrik" für die B-Mesonen dient der SuperKEKB-Beschleuniger. B-Mesonen leben nur sehr kurz, nach winzigsten Sekundenbruchteilen zerfallen sie in andere Teilchen. Diese Zerfallsspuren werden vom Belle II-Detektor aufgezeichnet und analysiert. Damit die Unterschiede in den Zerfallsmustern der B-Mesonen und ihrer Antiteilchen sichtbar werden, muss der Detektor deren Zerfallsorte exakt vermessen. Im innersten Bereich von Belle II befindet sich daher ein hochauflösender Pixel-Vertex-Detektor – eine Art Präzisionskamera – an dessen Entwicklung das MPP federführend beteiligt war.
Neu gerüstet für die Zukunft
Um die Messungen zu verbessern, wurde die Anlage ab dem Jahr 2011 komplett modernsiert: Künftig werden pro Sekunde etwa 750 B-Anti-B-Mesonpaare erzeugt, das entspricht der 30-fachen Produktionsrate des Vorgängermodells KEKB. Parallel dazu wurde auch der frühere Belle-Detektor zu Belle II umgerüstet. Die Messungen mit SuperKEB/Belle II begannen im März 2019.
Materie und Antimaterie
Nach dem Urknall entstanden schwere, noch unbekannte Materie- und Antimaterieteilchen. Diese Urteilchen zerfielen in die uns heute bekannten Teilchen und deren Antiteilchen: In Quarks und Antiquarks, in Elektronen und Positronen, in Myonen und Antimyonen und so weiter.
Treffen ein Teilchen und sein entsprechendes Antiteilchen zusammen, wandeln sie sich in Energie um; sie vernichten sich gegenseitig. Daher dürfte sich im Universum keine Materie gebildet haben – zumindest nicht dauerhaft.
Allerdings liefern uns Atome, Moleküle, Sterne, Planeten und Galaxien den schlagenden Beweis für die Existenz von Materie. Die Physiker vermuten, dass die schweren Urteilchen unterschiedlich zerfielen: Es bildeten sich etwas mehr Materie- als Antimaterieteilchen, also mehr Quarks als Antiquarks, mehr Elektronen als Positronen und so weiter. Da sich Materie und Antimaterie gegenseitig auslöschen, blieb im Universum nur der geringe Materieüberschuss bestehen.
Belle II am MPP
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Schlüsselpublikationen
Study of B0->ρ+ρ−decays and implications for the CKM angle φ2
P. Vanhoefer, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 93, 032010 (2016)
arXiv:1510.01245
First Observation of the Decay B0->psi(2S)pi0
V. Chobanova, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 93, 031101 (2016)
arXiv:1512.06895
Measurement of Branching Fractions and CP Asymmetries in B -> wK Decays and First Evidence of CP Violation in B0 -> wKS
V. Chobanova, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 90, 012002 (2014)
arXiv:1311.6666
Measurement of the CP Violation Parameters in B0 -> pi+ pi- Decays
J. Dalseno, K. Prothmann, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 88, 092003 (2013)
arXiv:1302.0551
Schlüsselpublikationen
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P. Vanhoefer, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 93, 032010 (2016)
arXiv:1510.01245
First Observation of the Decay B0->psi(2S)pi0
V. Chobanova, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 93, 031101 (2016)
arXiv:1512.06895
Measurement of Branching Fractions and CP Asymmetries in B -> wK Decays and First Evidence of CP Violation in B0 -> wKS
V. Chobanova, J. Dalseno, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 90, 012002 (2014)
arXiv:1311.6666
Measurement of the CP Violation Parameters in B0 -> pi+ pi- Decays
J. Dalseno, K. Prothmann, C. Kiesling et al.
Phys. Rev. D 88, 092003 (2013)
arXiv:1302.0551