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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 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

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 2019 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 haben 2018 stattgefunden.

 

Mehr Informationen zur Gruppe "Belle II"

Aktuelle Meldungen

21.03.2019
Künstlerische Darstellung der Kollisionen im Belle II-Detektor

Erfolgreicher Start des neuen Belle II-Detektors in Japan: Seit dem 25. März 2019 misst das Instrument die ersten Teilchenkollisionen, die im SuperKEKB-Beschleuniger erzeugt werden. Das komplett modernisierte und umgerüstete Duo soll 50mal mehr Kollisionen produzieren als seine Vorgänger. Mit dem...

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17.12.2018
Bild: Prof. Dr. Stephan Paul leitet die neue Max-Planck-Fellow-Gruppe am MPP. (Foto: A. Heddergott/TUM)

Anfang 2019 startet eine neue Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Physik (MPP). Ihr Themenschwerpunkt liegt auf der Untersuchung von Zerfällen des tau-Leptons, eines elementaren Teilchens, das dem Elektron verwandt ist. Die Leitung des „Tautology“-Projekts übernimmt der Max-Planck-Fellow...

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23.11.2018
Der Vertex-Detektor auf seinem Weg ins Innere des Belle II-Detektors

Vor einigen Tagen wurde die letzte Komponente in Belle II eingebaut. Mithilfe einer speziellen Schiene schoben Techniker den hochempfindlichen Vertex-Detektor ganz sachte an seinen Platz im Inneren des Belle II-Detektors. In den kommenden Wochen wird der Vertex-Detektor mit dem elektronischen System...

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24.08.2018
Carsten Niebuhr trägt die PXD-Halbschale in die Tsukuba Hall des KEK in Japan.

Am Belle II-Experiment steht alles für den Einbau des innersten Detektors bereit. Nach erfolgreichen Messungen mit einem Testinstrument ist der eigentliche Pixel-Detektor (PXD) jetzt am KEK-Forschungszentrum eingetroffen. Zusammen mit einer weiteren Komponente bildet er den Vertex-Detektor (VXD),...

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26.04.2018
Der Belle II-Detektor zeichnet die von SuperKEKB produzierten Teilchenkollisionen auf und wertet sie aus.

Auf diesen Moment hat die Teilchenphysik-Community lange gewartet: Am 26. April 2018 um 0.38 Uhr japanischer Zeit kollidierten im neuen SuperKEKB-Beschleuniger erstmals Materie- und Antimaterie-Teilchen. Erfolgsmeldung auch vom Detektor: Das ebenfalls neu entwickelte Belle II-Instrument hat die beim...

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22.03.2018
Der Belle II-Detektor zeichnet die von SuperKEKB produzierten Teilchenkollisionen auf und wertet sie aus.

Der Teilchenbeschleuniger SuperKEKB in Japan steht nach achtjähriger Umbaupause kurz vor dem Neustart: Demnächst werden in dem komplett modernisierten Beschleunigerring wieder Elektronen und Positronen zur Kollision gebracht. Der ebenfalls umgebaute Detektor, Belle II, zeichnet die Ereignisse dann...

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20.11.2017
Einbau von BEAST in Belle II

Die Vorbereitungen für den neuen Belle-II-Detektor am modernisierten SuperKEKB-Beschleuniger in Japan laufen auf Hochtouren. Vor einigen Monaten wurde Belle II an seinen Platz im Beschleunigerring geschoben. Jetzt folgen Tests der einzelnen Detektorsysteme: Am 18. November 2017 haben Physiker und...

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11.04.2017
Belle II hat seinen Bestimmungsort im Beschleunigerring SuperKEKB erreicht.

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
Zwei Detektormodule werden "Kopf an Kopf" aneinandergeklebt.

Noch "wartet" der SuperKEKB-Beschleuniger in Japan auf die Ankunft "seines" Detektors: Belle II. In einigen Monaten soll der Detektor erstmals in den Beschleuniger-Ring eingepasst werden – erste Messungen sollen 2018 stattfinden. Die MPP-Projekte für Belle II laufen unterdessen erfolgreich weiter:...

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24.05.2016

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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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Alatawi, Mansour

Student 552

Chekelian, Vladimir, Dr.

Scientist 219

Do, Erwin

Student 552

Kiesling, Christian, Prof. Dr.

Scientist 258

Krinner, Fabian

Scientist 356

Krätzschmar, Thomas

PhD Student 557

Leis, Ulrich

Engineering 550

Leitl, Philipp

PhD Student 380

McCarney, Sara

Student 555

Meggendorfer, Felix

Student 555

Moser, Hans-Günther, Dr.

Scientist 248

Müller, Felix Benjamin, Dr.

Scientist 372

Reif, Markus

Student 389

Simon, Frank, Dr.

Scientist 535

https://www.mpp.mpg.de/~fsimon/

Skambraks, Sebastian

PhD Student 389

Wach, Benedikt

PhD Student 554

Wang, Boqun, Dr.

Scientist 372

Windel, Hendrik

PhD Student 556

Termine

Derzeit gibt es leider keine Termine.

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