In der Beauty-Fabrik auf der Suche nach Dunkler Materie

Internationale Partner würdigen einzigartiges Experiment zur Teilchenkollision in Japan. Forscherinnen und Forscher aus 25 Ländern arbeiten hierfür eng zusammen.

Aufbau des Belle-II-Detektor © KEK

Was geschah direkt nach dem Urknall? Was gibt es Neues in der Welt der kleinsten Teilchen? Und wie kommen wir dem Geheimnis der Dunklen Materie noch besser auf die Spur? Dies sind nur einige der spannenden Fragen, die Forscherinnen und Forscher in Japan mit einem einzigartigen Experiment zur Teilchenkollision beantworten möchten. Wissenschaftler und internationale Geldgeber trafen sich nun in Japan, um den erfolgreichen Betriebsstart des umgebauten Teilchenbeschleunigers SuperKEKB und des Belle-II-Detektors zu feiern. 100 Forschungseinrichtungen aus 25 Ländern arbeiten bei Belle II zusammen. Aus Deutschland sind acht Universitäten und vier Forschungszentren beteiligt. Das Bundesforschungsministerium fördert die universitären Beiträge im Rahmen der BMBF-Verbundforschung als Bestandteil des Rahmenprogramms „ErUM – Erforschung von Universum und Materie“ – mit bisher insgesamt 12,5 Millionen Euro.

Von der Planung, über die Finanzierung und den Bau, bis zum erfolgreichen Betriebsstart: Forscherinnen und Forscher aus Deutschland tragen durch ihr Know-how insbesondere in der Detektor- und Softwaretechnologie entscheidend zum Erfolg bei. Belle II steht außerdem für eine sehr erfolgreiche deutsch-japanische Zusammenarbeit in der Grundlagenforschung.

Der Belle-II-Detektor mit der Belle-II-Kollaboration © Belle II / KEK

Durch die Analyse möglichst vieler Teilchenkollisionen hoffen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, ein bestehendes Mysterium besser zu verstehen  – das Ungleichgewicht von Materie und  Antimaterie im Universum. Damit knüpft Belle II an das Vorgängerexperiment Belle an, das die Unterschiede der ungleichen Zwillinge mit Hilfe von besonders reichhaltig produzierten so genannten B-Mesonen untersuchte. Diese enthalten ihrerseits Beauty-Quarks und trugen so dem Beschleuniger und dem Experiment den Namen Beauty-Fabrik ein. Forscherinnen und Forscher werden die neuen Daten aus den Teilchenkollisionen nun dazu nutzen, um nach neuen Phänomenen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik zu suchen – so zum Beispiel nach der geheimnisvollen Dunklen Materie oder exotischen Teilchenzuständen.

Nach der achtjährigen Umbauphase des japanischen SuperKEKB-Beschleunigers erhöht sich die Rate der Teilchenkollisionen um das 40-fache. Der parallel dazu erneuerte Belle II-Detektor wird mit besonders hoher Genauigkeit die erzeugten Reaktionen analysieren. Eine zentrale Rolle erfüllt  dabei das Herzstück des Belle-II-Detektors, der neue und hochpräzise Pixel-Vertex-Detektor. Diesen haben deutsche Forscherinnen und Forscher für das japanische Großexperiment federführend entwickelt.

Außerdem sind die deutschen Forschungsgruppen maßgeblich an der Entwicklung moderner Software für die anspruchsvolle Teilchenrekonstruktion und Datenauswertung beteiligt. Zum Beispiel werden künstliche neuronale Netze eingesetzt, um bei Datenraten von rund einem Gigabyte pro Sekunde wichtige Ereignisse von unwichtigen zu unterscheiden.