In de nieuwe SuperKEKB-versneller in Japan zijn de eerste botsingen van materie en antimateriedeeltjes gedetecteerd. Bij de experimenten zijn wetenschappers van LMU en het Universumcluster betrokken.

Deeltjesfysici hebben lang op dit moment gewacht:op 26 april 2018 om 0:38 GMT+09:00 bij KEK (Japan's High Energy Accelerator Research Organization) in Tsukuba, bundels materie en antimateriedeeltjes botsten voor het eerst in de nieuwe SuperKEKB-versneller. Het nieuws van dit succes kwam van de detector, ook:het Belle II-instrument, wat ook een nieuwe ontwikkeling is, "zag" en registreerde de deeltjessporen die bij de botsing waren geproduceerd. Wetenschappers hopen dat het experiment hen zal helpen te begrijpen waarom de oorspronkelijke evenwichtige verhouding van materie tot antimaterie in het heelal veranderde, zodat het nu vrijwel geen van de laatste bevat.

Wat is de sleutel tot het oplossen van het materie/anti-materie mysterie? Wetenschappers proberen het te vinden in de vervalpatronen van kortlevende deeltjes, B-mesonen in het bijzonder, waar een lichte overmaat aan materie kan worden waargenomen.

B-mesonen zijn paren quarks met een bepaalde eigenschap:een van de twee quarks is ofwel een beauty (B-) quark of het corresponderende antideeltje. B-mesonen worden geproduceerd wanneer elektronen en positronen (anti-elektronen) botsen en elkaar vernietigen.

Zoeken naar speciaal verval

SuperKEKB versnelt elektronen en positronen die in tegengestelde richtingen circuleren voordat ze in botsing worden gebracht in de Belle II-detector. Belle II registreert en analyseert de gevolgen van deze botsingen. "De deeltjessporen moeten heel precies worden gemeten als we verval willen detecteren dat afwijkt van de norm, " legt Dr. Hans-Günther Moser van het Max Planck Institute for Physics (MPP) uit. "Deze taak valt onder een zeer gevoelige pixeldetector, die zich direct op het botsingspunt in het centrum van Belle II bevindt." Prof. Dr. Thomas Kuhr van de LMU voegt toe:"Naast verbeterde detectoren, er zijn ook geavanceerde algoritmen nodig om de kleinste afwijkingen te vinden bij het analyseren van de grote hoeveelheden geregistreerde gegevens."

Acht jaar geleden, upgrademaatregelen begonnen op de KEK-versneller en de Belle-detector in Tsukuba. Het doel van dit grote project is om de voorheen haalbare opbrengst aan B-mesonen met een factor 40 te verhogen:De komende 10 jaar de combinatie SuperKEKB-Belle II zal naar verwachting ongeveer 50 miljard B-mesonen produceren en evalueren. Deze enorme toename van het datavolume vergroot ook de kans om het gezochte vervalpatroon te vinden.

Wetenschappers van LMU, het Excellence Cluster Universum, het Max Planck Instituut voor Natuurkunde en de Technische Universiteit van München (TUM) zijn betrokken bij de constructie van de binnenste detector en bij de ontwikkeling van de software voor het evalueren van de gegevens.

Een ringversneller op de thuisbaan

Een cruciaal innovatief kenmerk van de SuperKEKB is een nieuw ontworpen positronenring en een complex systeem van supergeleidende magneten die de deeltjesbundels op het goede spoor houden. De nieuwe Belle II-detector, waarvan de functies perfect zijn afgestemd op de faciliteit, zal tegelijk met de opgewaardeerde versneller in gebruik worden genomen.

Een paar weken geleden, één elektron en één positronenbundel werden toegevoerd. Sindsdien wetenschappers en technisch personeel hebben gewerkt om de deeltjesbundels uit te lijnen met het botsingspunt in de Belle II-detector. Aanvullend, instrumenten die op het MPP zijn gebouwd, worden momenteel gebruikt om achtergrondsignalen te meten die toekomstige analyses zouden verstoren. Na deze testfase de laatste componenten, inclusief de pixeldetector in wiens ontwikkeling de MPP een cruciale rol heeft gespeeld, worden geïnstalleerd en gekalibreerd. Het huidige plan is dat het wetenschappelijke programma begin volgend jaar van start gaat.