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.

Mehr Informationen zur Gruppe "Belle II"

Aktuelle Meldungen

04.03.2021

Der Belle II-Detektor verzeichnet pro Sekunde etwa 5.000 Kollisionsereignisse. Doch nur ein Bruchteil davon ist für physikalische Fragestellungen interessant. Um die echten Signale von unbrauchbaren Daten zu unterscheiden, verwendet das Experiment so genannte Trigger. Seit Ende Februar arbeitet…

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26.06.2020

Rückenwind für die Suche nach seltenen Teilchenzerfällen am Belle II-Experiment: Der Beschleunigerring SuperKEKB hat jetzt die höchste je gemessene Luminosität erzielt. Damit schlägt der Elektron-Positron-Beschleuniger nicht nur seinen Vorgänger KEKB, sondern auch den Large Hadron Collider (LHC) am…

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06.04.2020

Vor ziemlich genau einem Jahr ist das Belle II-Experiment angelaufen. Jetzt veröffentlicht das renommierte Journal Physical Review Letters die ersten Resultate des Detektors. Die Arbeit befasst sich mit einem neuen Teilchen im Zusammenhang mit der Dunklen Materie, die nach heutigem Kenntnisstand…

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21.03.2019

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

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

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

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

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 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

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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Gruppenmitglieder

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Krätzschmar, Thomas, Dr. PhD-Student kraetzsc 557 117C
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Simon, Frank, Dr. Scientist fsimon 535 121C
Skorupa, Justin PhD-Student jskorupa 554 126C
Tanzarella, Luciana Student ltanzar 552 125C
Tittel, Oskar PhD-Student otittel 380 115C
Varela, Mariangela Student mavarela 552 125C
Wach, Benedikt, Dr. PhD-Student wach 554 126C
Wacker, Ina Secretary ina 207 213
Wallner, Stefan, Dr. Postdoc swallner 356 112C
Wang, Boqun, Dr. Postdoc wang KEK (372) KEK (127C)
Windel, Hendrik, Dr. Postdoc hwindel 556 120C
Yuxin, Liu 248 C114

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