Belle-Experiment

Belle-Experiment

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 vierhundert wissenschaftliche Ergebnisse publiziert, darunter

  • die Entdeckung der CP-Verletzung, das heißt 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, insbesondere $ 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 vier 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

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 im Jahr 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: 9. November 2014). Der deutsche Beitrag zum Belle-II-Experiment ist ein Spurdetektor, basierend auf DePFET-Technologie. Der Detektor besteht aus etwa acht Millionen Pixeln, wobei jedes Pixel nur etwa 50×75 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;die Daten werden mittels ASIC-, FPGA- 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, was etwa um einen Faktor 2 genauer ist als beim Belle-Experiment.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. K. Abe u.a. (Belle Collaboration): Observation of Large $ CP $ Violation in the Neutral $ B $ Meson System (Artikelnr. 091802). In: Physical Review Letters. Bd. 87, Nr. 9, 2001 (doi:10.1103/PhysRevLett.87.091802).
  2. K. Abe u.a. (Belle Collaboration): Observation of the Decay $ B \to K l^+ l^- $ (Artikelnr. 021801). In: Physical Review Letters. Bd. 88, Nr. , 2003 (doi:10.1103/PhysRevLett.88.021801).
  3. D. Mohapatra u.a. (Belle Collaboration): Observation of $ b \to d\gamma $ and Determination of $ |V_{td}/V_{ts}| $ (Artikelnr. 221601). In: Physical Review Letters. Bd. 96, Nr. 22, 2006 (doi:10.1103/PhysRevLett.96.221601).
  4. S.-K. Choi u.a. (Belle Collaboration): Observation of a Narrow Charmoniumlike State in Exclusive $ B^{\pm} \to K^{\pm}\pi^+\pi^-J/\psi $ Decays (Artikelnr. 262001). In: Physical Review Letters. Bd. 91, Nr. 26, 2003 (doi:10.1103/PhysRevLett.91.262001).
  5. S.-K. Choi u.a. (Belle Collaboration): Observation of a Resonancelike Structure in the $ \pi^{+-}\psi' $ Mass Distribution in Exclusive $ B \to \pi^{+-}\psi' $ Decays (Artikelnr. 142001). In: Physical Review Letters. Bd. 100, Nr. 14, 2008 (doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001).
  6. Ein neuer Exot im Teilchenzoo bei Spektrum der Wissenschaft, 19. September 2014

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