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26.04.2018
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Erste Kollisionen im umgebauten SuperKEKB-Beschleuniger

Belle II-Detektor geht auf Forschungsreise

Nach achtjähriger Umbauzeit kollidieren seit dem 26. April 2018 erstmals Teilchen im SuperKEKB-Beschleuniger. SuperKEKB steht am Forschungszentrum KEK im japanischen Tsukuba und soll während seiner Laufzeit mehr Teilchenkollisionen erzeugen als jeder andere Teilchenbeschleuniger zuvor. Diese Kollisionen zwischen Elektronen und ihren Antiteilchen, den Positronen, passieren im Inneren des ebenfalls grundlegend umgebauten Teilchendetektor Belle II, an dem DESY und andere deutsche Gruppen zentral beteiligt sind.

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Jubel im Kontrollraum: der Belle II-Detektor hat erste Kollisionen aufgezeichnet. Bild: KEK
Belle II ist speziell darauf ausgelegt, nach physikalischen Phänomen zu suchen, die über die bisher erforschte Physiklandschaft hinausgehen. Seine Spezialität ist die Vermessung von seltenen Teilchenzerfällen, zum Beispiel von sogenannten beauty-Quarks, charm-Quarks oder Tau-Leptonen. Damit hoffen die über 750 am Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, unter anderem der Dunklen Materie, neuen Phänomenen oder dem Missverhältnis von Materie zu Antimaterie im Universum auf die Spur zu kommen.

„Unsere herzlichsten Glückwünsche an die Kollegen am KEK und das Belle II-Team zu diesem Erfolg. Es ist eine große Herausforderung, einen neuen Teilchenbeschleuniger in Betrieb zu nehmen. Die Gemeinschaft der Teilchenphysik ist sehr gespannt auf die Erkenntnisse, die uns SuperKEKB und Belle II liefern werden“, sagt DESYs Forschungsdirektor für Teilchen- und Astroteilchenphysik Joachim Mnich.

DESY-Wissenschaftler Carsten Niebuhr, der die Belle II-Gruppe bei DESY leitet, ergänzt: „Es ist hochspannend, zu erleben, wie die Detektoren, die wir seit Jahren entwickelt und gebaut haben, Stück für Stück zum Leben erwachen. Noch spannender und bahnbrechender werden hoffentlich die physikalischen Ergebnisse sein, die wir aus den Daten gewinnen werden.“

Die ersten Kollisionen sind ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg zum Beginn des Forschungsprogramms bei Belle II. Seit etwa einem Monat kreisen wieder Teilchen im Beschleuniger, der mit einem neuen System von Fokussiermagneten und einem neuen Dämpfungsring ausgestattet ist. Beide sorgen dafür, dass die Teilchenstrahlen extrem gebündelt werden, so dass möglichst viele Teilchen miteinander kollidieren und eine hohe Luminosität oder Kollisionsrate erreicht werden kann. Eine wichtige Voraussetzung dafür wurde im Januar geschaffen, als das bei DESY entwickelte und gebaute Remote-Vacuum-System, das die kritische Verbindung zwischen Fokussiermagneten und Belle II-Detektor herstellt, zum ersten Mal verwendet wurde.

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So zeichnet der Detektor die Teilchenkollisionen auf. Bild: KEK / Belle II Collaboration
Die Inbetriebnahme eines neuen Teilchenbeschleunigers ist ein langwieriger und komplizierter Prozess, bei dem in vielen kleinen Schritten jedes System geprüft und justiert wird. Auch der Teilchendetektor muss erst vorsichtig in Betrieb genommen werden, bevor es mit dem richtigen Forschungsprogramm losgehen kann. Die internationale Belle II-Kollaboration geht sogar soweit, dass sie zunächst einen Test-Detektor im Innern von Belle II eingesetzt hat. Die Daten dieses Detektors helfen den Maschinenphysikern des KEK, den Betrieb des Beschleunigers so zu optimieren, dass der hochempfindliche Pixel-Vertexdetektor, der zur Zeit von den zwölf an Belle II beteiligten deutschen Gruppen zusammengebaut wird, Ende diesen Jahres in Belle II eingebaut werden kann. Deutschland stellt nach Japan die zweitgrößte Nutzergruppe.

Über eine Laufzeit von etwa zehn Jahren soll der Beschleuniger rund 50 Milliarden Paare von B- und Anti-B-Mesonen produzieren. Wenn der Belle II-Detektor ab Anfang 2019 seinen vollen Betrieb aufnimmt wird er enorme Datenmengen erzeugen, die gespeichert, rekonstruiert und analysiert werden müssen. Hierfür werden DESY und GridKa in Karlsruhe signifikante Speicher- und Rechenkapazitäten zum Experiment beisteuern.