Belle-Experiment

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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 400 wissenschaftliche Ergebnisse publiziert, u.a.

  • die Entdeckung von CP-Verletzung, d.h. 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, insbesondern B \to K l^+ l^-[2] und b \to d \gamma.[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 4 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]

Die japanische Regierung hat Ende 2009 entschieden, das Belle-Experiment und den KEKB-Beschleuniger auszubauen. Der neue Zeitplan sieht erste Teilchenstrahlen im Jahr 2016 und den Beginn der Datennahme mit Belle II in 2018 vor. Von deutscher Seite sind die Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, das DESY, die Justus-Liebig-Universität Gießen, die Georg-August-Universität Göttingen, die Universität Hamburg, die Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, das Karlsruher Institut für Technologie, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das HLL München, das Max-Planck-Institut für Physik in München, die Ludwig-Maximilians-Universität München und die Technische Universität München beteiligt. Insgesamt gibt es 62 deutsche Mitglieder im Belle-Experiment und 96 deutsche Mitglieder im Belle-II-Experiment (Stand 09.11.2014). Der deutsche Beitrag zum Belle-II-Experiment ist ein Spurdetektor, basierend auf DEPFET Technologie. Der Detektor besteht aus etwa 8 Millionen Pixeln, wobei jedes Pixel nur etwa 50 x 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, diese werden mit ASIC-Technologie, FPGA-Technolgie 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, welches etwa um einen Faktor 2 genauer ist als beim Belle-Experiment.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Belle Collaboration, K. Abe et al., Physical Review Letters 87 (2001) 091802
  2. Belle Collaboration, K. Abe et al., Physical Review Letters 88 (2003) 021801
  3. Belle Collaboration, D. Mohapatra et al., Physical Review Letters 96 (2006) 221601 (2006)
  4. Belle Collaboration, S.-K.Choi, S.L.Olsen, Physical Review Letters 91 (2003) 262001
  5. Belle Collaboration, S.-K. Choi, S.L. Olsen et al., Physical Review Letters 100 (2008) 142001
  6. Ein neuer Exot im Teilchenzoo, Spektrum der Wissenschaft, 19.09.2014