NA62: Suche nach einem seltenen Zerfall und exotischen Teilchen

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt, wie die Materie des Universums im subatomaren Regime aufgebaut ist und welche Kräfte zwischen den Elementarteilchen wirken. Das Standardmodell ist jedoch nicht „fertig“, im Sinne von abgeschlossen – im Gegenteil: Es wird ständig präzisiert und verfeinert. Experimente liefern immer genauere Messergebnisse, mit denen sich theoretische Vorhersagen überprüfen lassen.

Eines dieser Experimente ist NA62. Dabei werden Protonenstrahlen aus dem SPS-Beschleuniger am CERN auf einen Beryllium-Stab gefeuert. Damit untersuchen Wissenschaftler*innen den sehr seltenen Zerfall des K-Mesons (kurz Kaon), einem Teilchen, das aus zwei Quarks besteht. Beim Zerfall kann sich das Kaon in zwei Neutrinos und ein Pion umwandeln, eine andere, leichtere Mesonenart. Nach theoretischen Vorhersagen zerfällt nur etwa eines von 10 Milliarden Kaonen auf diese Weise. Die Vorhersage der Theorie für diesen Zerfall ist sehr genau, so dass sich im Experiment selbst kleinste Abweichungen eindeutig zu zeigen würden. Das wiederum wäre ein Hinweis auf „neue Physik“ jenseits des Standardmodells.

Das Beam-dump-Projekt

Neben dem Zerfall von K-Mesonen lässt sich das NA62-Experiment für weitere Fragestellungen nutzen, die sich nicht mit dem Standardmodell erklären lassen, zum Beispiel woraus Dunkle Materie besteht. Die Gruppe am MPP ist an einem Projekt beteiligt, das den SPS-Protonenstrahl nutzt, um nach neuen, exotischen Teilchen zu suchen. Beim NA62-Experiment landen die meisten Protonen als “Teilchenschrott” im so genannten Beam Dump.

Diese Protonen sind allerdings wertvolles Ausgangsmaterial für Teilchenzerfälle. Dabei könnten auch bisher unbekannte, langlebige Teilchen entstehen, die sehr schwach mit Materie wechselwirken – und damit eine Eigenschaft besitzen, die typisch für Dunkle Materie ist. Diesen Teilchen würde es gelingen, eine drei Meter dicke Wand am Anfang des Experiments zu durchkreuzen. Ihre Spuren könnten sich dann im 130 Meter langen Detektorbereich von NA62 messen lassen.

Der Fokus unserer Gruppe liegt auf den theoretischen Vorhersagen, Computermodellen und an den Messungen. Das NA62-Experiment hat etwa 200 aktive Teilnehmende aus 14 Nationen. Die ersten Messdaten wurden 2015 erhoben, die aktuellen Messungen laufen noch bis 2025. Nach dem Umbau der CERN-Beschleuniger-Anlagen ist dann der Weiterbetrieb mit dem Nachfolgeexperiment HIKE (High Intensity Kaon Experiments) geplant.

Mehr Informationen zur Gruppe

Aktuelle Meldungen

02.11.2022

Das Max-Planck-Institut für Physik (MPP) begrüßt Babette Döbrich, die seit dem 1. November am Institut forscht. Sie hat sich im anspruchsvollen Bewerbungsverfahren des Lise-Meitner-Exzellenzprogramms durchgesetzt und leitet ab sofort eine experimentelle Arbeitsgruppe am MPP, die sich mit der Suche…

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Gruppenmitglieder

E-Mail-Adresse: E-Mail@mpp.mpg.de
Telefonnummer: +49 89 32354-Durchwahl
Name Funktion E-Mail Durchwahl Büro
Döbrich, Babette, Dr. Senior Scientist dobrich 205 020C
Lezki, Samet, Dr. Postdoc lezki 583 029C

Schlüsselpublikationen

Measurement of the very rare K++→π+νν‾π+νν decay
NA62 Collaboration (Eduardo Cortina Gil)
JHEP 06 (2021) 093
DOI: 10.1007/JHEP06(2021)093

New Physics Searches at Kaon and Hyperon Factories
Evgueni Goudzovski, Diego Redigolo, Kohsaku Tobioka, Jure Zupan, Gonzalo Alonso-Álvarez
Rept.Prog.Phys. (2022)
DOI: 10.1088/1361-6633/ac9cee

ALPtraum: ALP production in proton beam dump experiments
Babette Döbrich, Joerg Jaeckel,  Felix Kahlhoefer, Andreas Ringwald, Kai Schmidt-Hoberg, DESY
JHEP 02 (2016) 018, JHEP 02 (2016) 018
https://inspirehep.net/literature/1409104 

The Beam and detector of the NA62 experiment at CERN
NA62 Collaboration (Eduardo Cortina)
JINST 12 (2017) 05, P05025
DOI: 10.1088/1748-0221/12/05/P05025