Belle-Experiment

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Der Belle-Detektor am KEKB.

Das Belle-Experiment befindet sich im japanischen Forschungszentrum für Teilchenphysik KEK und beschäftigt sich mit B-Physik. Von 1999 bis 2010 wurden dabei insgesamt 772 Millionen Zerfälle von B-Mesonen aufgezeichnet und ausgewertet. Ein vergleichbares Experiment, das BaBar-Experiment, befand sich in den USA.

Das Belle-Experiment hat über vierhundert wissenschaftliche Ergebnisse publiziert, darunter

  • die Entdeckung der CP-Verletzung, das heißt der Verletzung der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie, im B-Mesonen-System.[1] Diese Beobachtung hat gezeigt, dass sich CP-Verletzung in der Natur in mehr als einem teilchenphysikalischen System manifestiert, nämlich mindestens im K-Mesonen-System und im B-Mesonen-System.
  • die Entdeckung von neuen Pinguin-Zerfällen, insbesondere [2] und .[3] Pinguin-Zerfälle sind eine Möglichkeit, nach neuen, bisher unbeobachteten Teilchen zu suchen, die nicht im Standardmodell vorkommen.
  • die Entdeckung mehrerer Tetraquark-Kandidaten, wie das X(3872)[4] und das Z(4430).[5] Letzteres trägt eine elektrische Ladung und wird daher oft als das erste, zweifelsfrei mit einem Experiment nachgewiesene Hadron angesehen, welches mit einer Minimalkonfiguration von vier Quarks aufgebaut sein muss, und deswegen weder ein Meson noch ein Baryon darstellen kann.[6]

Einer der Physik-Nobelpreise 2008 erging an Makoto Kobayashi, den früheren Direktor der INPS-Abteilung (Institute of Particle and Nuclear Studies) des KEK. Ausdrücklich erwähnt wurde in der Begründung für die Preisverleihung das Belle-Experiment, das maßgeblich zur Bestätigung der theoretischen Vorhersagen von Kobayashi und anderen beigetragen hat.

Belle II[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die japanische Regierung hat Ende 2009 entschieden, das Belle-Experiment und den KEKB-Beschleuniger zu Belle II und SuperKEKB auszubauen. Im Februar 2016 zirkulierten erste Teilchenstrahlen in SuperKEKB,[7] der Beginn der Datennahme mit Belle II ist 2018 vorgesehen.[8] SuperKEKB soll bei den gleichen Schwerpunktsenergien wie KEKB arbeiten, aber eine um einen Faktor 40 höhere Kollisionsrate erreichen.[9] Damit soll innerhalb von einigen Jahren insgesamt 50 ab−1 integrierte Luminosität erreicht werden, 50 mal mehr als mit KEKB (0.99 ab−1). Die geplanten Studien entsprechend weitgehend dem Programm des Vorgängerexperiments, werden aber eine wesentlich bessere Messgenauigkeit erreichen. Zusätzlich sollen viele Größen zum ersten mal vermessen werden.[10]

Während das Kalorimeter größtenteils von Belle übernommen wurde, wurden die anderen Elemente des Detektors neu gebaut. Der innerste Teil ist ein Spurdetektor, basierend auf DePFET-Technologie. Der Detektor besteht aus etwa acht Millionen Pixeln, wobei jedes Pixel nur etwa 50×75 µm groß ist. Daten werden mit einer Wiederholfrequenz von 50 kHz ausgelesen, was zu einer sehr hohen zu verarbeitenden Datenmenge von mehr als 20 Gigabyte pro Sekunde führt; die Daten werden mittels ASIC-, FPGA- und optischer Technologie (zum Datentransfer mit hoher Bandbreite) in Echtzeit verarbeitet. Vertex­koordinaten von Spuren aus dem Zerfall von B-Mesonen werden damit bis zu einer Genauigkeit von 25 µm bestimmt werden, was etwa um einen Faktor 2 genauer ist als beim Belle-Experiment. Zur Teilchenidentifikation wird Tscherenkov-Strahlung genutzt, die ein zwei Systemen produziert wird: Die Endkappen nutzen ein RICH-System, im zentralen Bereich werden die Photonen in Quarzblöcken geführt und die Flugzeit bis zum Ende der Blöcke vermessen. Die Position bzw. die Flugzeit der Photonen erlaubt es, den Emissionswinkel der Strahlung zu berechnen und dadurch den Teilchentyp zu bestimmen. Den äußersten Teil bilden Detektoren, die speziell auf die Messung von Myonen und langlebigen Kaonen (KL) ausgelegt sind.[11]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. K. Abe u.a. (Belle Collaboration): Observation of Large Violation in the Neutral Meson System (Artikelnr. 091802). In: Physical Review Letters. Bd. 87, Nr. 9, 2001 (doi:10.1103/PhysRevLett.87.091802).
  2. K. Abe u.a. (Belle Collaboration): Observation of the Decay (Artikelnr. 021801). In: Physical Review Letters. Bd. 88, Nr. , 2003 (doi:10.1103/PhysRevLett.88.021801).
  3. D. Mohapatra u.a. (Belle Collaboration): Observation of and Determination of (Artikelnr. 221601). In: Physical Review Letters. Bd. 96, Nr. 22, 2006 (doi:10.1103/PhysRevLett.96.221601).
  4. S.-K. Choi u.a. (Belle Collaboration): Observation of a Narrow Charmoniumlike State in Exclusive Decays (Artikelnr. 262001). In: Physical Review Letters. Bd. 91, Nr. 26, 2003 (doi:10.1103/PhysRevLett.91.262001).
  5. S.-K. Choi u.a. (Belle Collaboration): Observation of a Resonancelike Structure in the Mass Distribution in Exclusive Decays (Artikelnr. 142001). In: Physical Review Letters. Bd. 100, Nr. 14, 2008 (doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001).
  6. Ein neuer Exot im Teilchenzoo bei Spektrum der Wissenschaft, 19. September 2014
  7. Congratulations to SuperKEKB for “first turns". 2. März 2016; abgerufen am 23. November 2017.
  8. SuperKEKB luminosity projection. Abgerufen am 23. November 2017.
  9. SuperKEKB Project. Abgerufen am 23. November 2017.
  10. Belle II: search for physics beyond LHC. Abgerufen am 23. November 2017.
  11. The Detector. Abgerufen am 23. November 2017.