Inhaltspezifische Aktionen

Forschung am Belle II Experiment

Suche nach neuer Physik und neuen stark-wechselwirkenden Teilchen in e+e- Kollisionen in Japan.

Inhaltspezifische Aktionen

Am KEK-Institut für Hochenergiephysik in Tsukuba, Japan, ...

... befindet sich das Belle II Experiment zur Untersuchung von Kollisionen von Elektronen und Positronen. Seit 2018 werden Daten aufzeichnet. Die Größe ist etwa 7 m x 7 m x 7 m. Es ist das Nachfolgeexperiment des Experimentes Belle, welches von 1999 bis 2010 etwa 1.000.000.000 Kollisionen aufgezeichnet und vermessen hat. Die bei der Kollision freiwerdende Energie entspricht etwa der Masse von 10 Nukleonen.

Am KEK-Institut für Hochenergiephysik in Tsukuba, Japan, ...
Download Bild in voller Größe anzeigen…
Inhaltspezifische Aktionen

Der Detektor ...

... befindet sich an einem leistungsfähigen Speicherring, genannt SuperKEKB, welcher einen Umfang von etwa 3 km hat. Da dort eine hohe Anzahl von bis zu mehreren Millionen bestimmter subatomarer Teilchen, sogenannter B Mesonen, produziert wird, wird auch als "B Fabrik" bezeichnet. Die Aufgaben des Experimentes sind die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik (z.B. dunkle Materie), Suche nach exotischen Zuständen der starken Wechselwirkung (z.B. Tetraquarks) und die präzise Untersuchung der Verletzung der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie, genannt CP Verletzung. Jene hat dazu geführt, dass Antimaterie im Universum kaum zu finden ist, obwohl während des Urknalls Materie und Antimaterie zu gleichen Anteilen produziert werden sollten.

Inhaltspezifische Aktionen

Der Teilchenbeschleuniger ...

... heißt SuperKEKB. In ihm werden e- und e+ Strahlen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, kollidieren dann in der Mitte der Belle II Detektors und erzeugen dabei Paare von B-und Anti-B-Mesonen. Mesonen und Anti-Mesonen zerfallen instantan in andere Teilchen, aber die CP Verltzung führt dazu dass B-Mesonen im Zerfall nicht die gleichen Muster wie Anti-B-Mesonen aufzeigen.

Der Teilchenbeschleuniger ...
Download Bild in voller Größe anzeigen…
Inhaltspezifische Aktionen

Die Luminosität ...

... ist ein Maß für die Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit. Am 17. Juni 2009 wurden 2,11 x 1034 cm-2 s-1 erreicht, welches damals die höchste jemals erreichte Beschleuniger Luminosität weltweit darstellt. Das Belle II Experiment erreichte am 3. Juni 2022 eine Luminosität von 4,21 x 1034 cm-2 s-1, welches weltweit einzigartig ist und Präzisionsexperimente von seltenen Teilchenzerfällen erlaubt. In den folgenden Jahren soll die Luminosität nochmals um etwa eine Faktor 20 erhöht werden.

Inhaltspezifische Aktionen

Der Pixeldetektor ...

... basiert auf Halbleiter-Technologie. Etwa 8 Millionen Pixel mit Pixelgrößen von 50x50 um und 50x75 mit einer Dicke von nur 75 um zeichnen mit einer Frequenz von 50 kHz Daten auf. Der Detektor befindet sich mit zwei Lagen in Radius von 1,4 cm und 2,2 cm sehr nahe am Kollisionspunkt und dient der präzisen Spurrekonstruktion von geladenen Teilchen; der Teilchenvertex kann damit mit einer Ungenauigkeit von 25 um in Strahlrichtung vermessen werden. Er ist der Beitrag von 10 deutschen Instituten zum Belle II Experiment.

Der Pixeldetektor ...
Download Bild in voller Größe anzeigen…
Inhaltspezifische Aktionen

Die Elektronik.

Die Universität Gießen hat die Verantwortung für das Echtzeit-Datenerfassungssystem des Pixeldetektors übernommen. Aufgrund der hohen Anzahl der Pixel ist die Datenrate gewaltig mit mehr als 20 Gigabytes pro Sekunde. Dies bedeutet: in einer Sekunde gibt es Streaming binärer Daten von mehr als 5 DVDs, über 40 Hochgeschwindigkeits-Links verteilt, welche auf optischer Technologie basieren. Die Datenauslese wird von FPGAs durchgeführt (Field Programmable Gate Arrays) mit mehr als 6,5 Millionen programmierbaren logischen Gattern pro Chip. Die elektronische Plattform wird Compute Node genannt und ist als elektronisches Board des ATCA-Standard (Advanced Tele Communications Architecture) darstellt, konstruiert und gefertigt in einer Zusammenarbeit vom IHEP Peking und der Gießener Gruppe.

Die Elektronik.
Download Bild in voller Größe anzeigen…
Inhaltspezifische Aktionen

Tetraquarks

Die Giessener Gruppe forscht an exotischen, stark wechselwirkenden Teilchen. Diese Zustände bestehen aus 4 Quarks (sogenannte Tetraquarks), während konventionelle Zustände nur aus 2 Quarks (sogenannte Mesonen) oder 3 Quarks (sogenannte Baryonen) bestehen. Das Verständnis dieser Zustände lässt Rückschlüsse zu auf "Confinement" zu, welches als Eigenschaft der starken Wechselwirkung dazu führt, dass Quarks niemals frei beobachtet werden können. Eine noch ausstehende, quantitative Beschreibung von "Confinement" wurde von der New York Times als eine der Fragen des Milleniums aufgeführt. Link: Online-Artikel im Spektrum der Wissenschaft.

Inhaltspezifische Aktionen

Förderung

Die Arbeiten der Giessener Gruppe zum Belle II Projekt wurden und werden gefördert mit insgesamt etwa 2 Millionen Euro über das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Projekte 05H10RG8, 05H12RG8, 05H15RGKBA, 05H19RGKBA, 05H21RGKB1 ErUM-FSP T09) und über die Europäische Union (Projektnummern 644294 und 822070).