Tsukuba – Acht Jahre dauerte sein Bau, nun können Physiker endlich mit ihm an den Geheimnissen unseres Universums forschen: Im japanischen Forschungszentrum für Teilchenphysik KEK nahm das neue Teilchenbeschleuniger-Experiment Belle II den Betrieb auf; am 25. April um 17.23 Uhr MESZ konnten die ersten Daten gemessen werden. Mithilfe dieser und zukünftiger Messungen wollen Wissenschafter vor allem den Vorgänge unmittelbar nach dem Urknall und dem Rätsel hinter der Dunklen Materie auf die Spur kommen.
Materie-Antimaterie-Kollision
Der Detektor Belle II wurde 2010 als Nachfolger des erfolgreichen Belle-Experimentes konzipiert, das von 1999 bis 2010 betrieben wurde und einige aufsehenerregende Erkenntnisse der physikalischen Grundlagenforschung ermöglichte. Sein Standort ist das Teilchenphysik-Forschungszentrum KEK, das rund 55 Kilometer nordöstlich von Tokio in Tsukuba, in der Präfektur Ibaraki liegt.
An diesem Teilchenbeschleuniger kollidieren Elektronen mit gegenläufigen Antiteilchen und erzeugen dabei schwere Quarks und Leptonen – Teilchen, die im heutigen Universum nicht mehr existieren. "Während der Large Hadron Collider am CERN der Beschleuniger mit den höchsten Energien ist – dort wurde 2012 das Higgs-Boson entdeckt – besitzt der japanische Superbeschleuniger die hundertfache Intensität gegenüber den bisher betriebenen Anlagen", erläutert Florian Bernlochner vom Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), das an dem Experiment beteiligt ist.
Rätselhafter Materieüberschuss
Mit den Daten wollen Physiker Vorgänge kurz nach dem Urknall präzise untersuchen. Von besonderem Interesse ist die Erzeugung von sogenannten b-Quarks und deren Antiteilchen: bis zu 50 Milliarden dieser Materie-Antimaterie-Paare sollen in den kommenden acht Jahren produziert werden. Nach einer Lebenszeit von nur gerade mal anderthalb Billionstel Sekunden (10-12 s) zerfallen diese schweren Quarks in leichtere, stabile Teilchen. Dabei verletzen sie die sogenannte CP-Symmetrie (für diese Entdeckung gab es 2012 einen Nobelpreis), indem sich Materie und Antimaterie bei ihren jeweiligen Zerfällen leicht anders verhalten.
"Die Größe dieser Asymmetrie reicht allerdings nicht aus, um zu erklären, warum im frühen Universum bei der Abkühlung ein Überschuss an Materie übrig blieb. Aus diesem Überschuss setzt sich die heutige sichtbare Welt zusammen", so Bernlochner.
Das Belle II-Experiment sucht deshalb nach bisher unbekannten Quellen von CP-Verletzung und neuen Phänomenen und Elementarteilchen. Von besonderer Wichtigkeit werden die Suchen nach Dunkler Materie sein. Dunkle Materie ist nicht direkt sichtbar und interagiert nur schwach mit normaler Materie: Das Belle II-Experiment wird mittel-leichte Teilchen mit noch nie dagewesener Präzision suchen können. (red, 26.4.2018)