In weltweiter Zusammenarbeit werden künftige Beschleunigerexperimente entwickelt – Projekte, die eine präzise Untersuchung des Higgs-Bosons und des Top Quarks, den schwersten Teilchen im Standardmodell der Teilchenphysik  ermöglichen. Außerdem sollen sie  komplementär zu den Möglichkeiten des LHC Entdeckungspotential für “neue Physik” bieten.

Die “Future Detectors”-Gruppe am MPP untersucht das Physik-Potential von zukünftigen Linearbeschleunigern. Sie entwickelt Detektortechnologien für die nächste Generation von Experimenten in der Teilchenphysik. Die Gruppe ist in verschiedenen Forschungsverbünden aktiv:

• in CALICE zur Entwicklung hochgranularer Kalorimeter,
• in CLIC Detectors und Physics (CLICdp),
• im International Large Detector- (ILD-) Konzept für den ILC.

Darüber hinaus kommen die in CALICE entwickelten Detektortechnologien bei der Inbetriebnahme des SuperKEKB-Beschleunigers in Japan zum Einsatz.

Die Linear Collider ILC und CLIC

Anders als beim Large Hadron Collider (LHC) werden in diesen Beschleunigern Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen mit hoher Energie aufeinander geschossen. Damit wollen Forscher die Physik der Teraskala erkunden: Im Vordergrund stehen dabei die Fragen nach dem Ursprung der Masse, nach der Natur der Dunklen Materie im Universum, nach möglichen neuen Symmetrien und neuen Raumdimensionen.

Elektronen und Positronen sind, anders als die im LHC verwendeten Protonen, Elementarteilchen ohne Unterstruktur. Ihre Kollisionen liefern daher sauberere Ereignisse, einen deutlich geringeren Untergrund- und damit eine höhere Messpräzision. Dies erlaubt detaillierte Untersuchungen der Physik innerhalb und  jenseits des Standardmodells.

Elektronen und Positronen lassen sich nur auf gerader Strecke auf höchste Energien beschleunigen – auf der Kreisbahn verlieren sie wegen ihrer kleinen Masse durch Synchrotronstrahlung zu viel Energie.

Daher besteht ein linearer Beschleuniger aus zwei langen Röhren, die die Teilchen auf hohe Energien beschleunigen und dann zur Kollision bringen. Zwei Technologien werden zur Zeit dafür entwickelt: Der International Linear Collider ILC, mit einer Maximalenergie von 500 Gigaelektronenvolt bis 1 Teraelektronenvolt, und der Compact Linear Collider CLIC, mit Energien bis hin zu 3 Teraelektronenvolt.

Parallel entstehen komplexe Detektorsysteme, um höchste Präzision zu erreichen. An der Entwicklung dieser neuen Beschleuniger und der Detektoren sind weltweit hunderte Wissenschaftler beteiligt.