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Das Belle II-Experiment

Dem Antimaterie-Rätsel auf der Spur

Modell des Belle II-Detektors. Das MPP ist federführend an der Entwicklung des zentralen Pixel-Detektors beteiligt. (Bild: MPP)

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 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 ist.

Materie und Antimaterie

Sterne und Galaxien sind der sichtbare Beweis, dass im Universum Materie dominiert.
Sterne und Galaxien sind der sichtbare Beweis, dass im Universum Materie dominiert. (Bild: ESO)

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.

Der Detektor Belle II

Derzeit wird der bisherige Belle-Detektor zu Belle II umgerüstet. Die ersten funktionstüchtigen Sensoren des zentralen Pixel-Vertex-Detektors wurden im November 2015 fertiggestellt. Der gesamte Belle II-Detektor geht voraussichtlich 2018 in Betrieb.

Neu gerüstet für die Zukunft

Um die Messungen zu verbessern, wird der Ringbeschleuniger SuperKEKB (Umfang: 3 Kilometer) modernisiert: Künftig werden pro Sekunde etwa 1.000 B-Anti-B-Mesonpaare erzeugt werden, das entspricht der 40-fachen Produktionsrate des Vorgängermodells KEKB. Im Jahr 2016 kreisten die ersten Elektron- und Positron-Pakete erfolgreich durch den Beschleuniger, die ersten Messungen sind im Jahr 2018 zu erwarten.

 

Mehr Informationen zur Gruppe "Belle II"

Aktuelle Meldungen

11.04.2017 Forschung/research

Das Belle II-Experiment hat einen wichtigen Schritt gemacht – im wahrsten Sinne des Wortes: Der neue Detektor wurde an seinen Bestimmungsort im SuperKEKB-Beschleunigerring transportiert.

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27.02.2017 Forschung/research

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24.05.2016 Neues aus dem MPP/new at MPP

Prof. Dr. Johanna Wanka, Bundesministerin für Bildung und Forschung, besichtigte kürzlich das Belle II-Experiment an der japanischen Beschleunigeranlage KEK. Der Belle-Detektor wird derzeit modernisiert, um künftig Teilchenspuren präziser auswerten zu können. Das Max-Planck-Institut für Physik (MPP)...

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02.03.2016 Forschung/research

Erstes Lebenszeichen vom Teilchenbeschleuniger SuperKEKB: Seit kurzem drehen Elektronen und Positronen in der modernisierten Anlage am japanischen Forschungszentrum KEK ihre Runden. Auf Kollisionskurs werden die Elektron- und Positron-Strahlen voraussichtlich im Jahr 2017 gehen. Das Studium der...

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05.11.2015 Forschung/research

In München wurde kürzlich ein hochempfindlicher Sensor zur präzisen Vermessung von Teilchenspuren vorgestellt. Es handelt sich um das erste Modul für den Vertex-Detektor des Belle II-Experiments am japanischen Beschleunigerzentrum KEK. Der Detektor soll ab 2017 zum Einsatz kommen und Kollisionen von...

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23.09.2015 Veranstaltung/event

Um Themen der Hochenergie- und Astroteilchenphysik geht es vom 4. bis 9. Oktober 2015 in Wildbad Kreuth: Das Max-Planck-Institut für Physik veranstaltet dort die diesjährige ISMD-Konferenz (International Symposium on Multiparticle Dynamics), die seit 1970 im Jahresturnus an wechselnden Orten...

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15.11.2014 Neues aus dem MPP/new at MPP

Jelena Ninković wurde auf dem IEEE Nuclear Science Symposium in Seattle am 15. November mit dem 2014 Radiation Instrumentation Early Career Award ausgezeichnet.

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Abudinen, Fernando

PhD Student 554

Albalawi, Mohammed

Student 550

Bös, Gregor

Student 389

Chekelian, Vladimir, Dr.

Scientist 219

Cova Farina, Pablo

Student 207

Haidl, Jakob

PhD Student 550

Kiesling, Christian, Prof. Dr.

Scientist 258

Leitl, Philipp

PhD Student 380

Li Gioi, Luigi, Dr.

Scientist 356

Moser, Hans-Günther, Dr.

Scientist 248

Müller, Felix Benjamin

PhD Student 372

Neuhaus, Sara

PhD Student 555

Schönauer, Valerie

Student 555

Windel, Hendrik

PhD Student 556

Termine

Zeit Sprecher Titel

Thu 27. Apr09:00

Belle II Technik

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