Die Teilchenphysik steht vor einer aufregenden Phase, da das Mu3e-Experiment am Paul Scherrer Institut nun mit einer zweiten Förderperiode unterstützt wird. Heidelberger Physiker sind maßgeblich an diesem bahnbrechenden Forschungsvorhaben beteiligt, das darauf abzielt, tiefergehende Einsichten in die fundamentalen Gesetze der Physik zu gewinnen.
Ein zentrales Ziel des Mu3e-Experiments ist die Untersuchung von Zerfällen von Antimuonen in ein Elektron und zwei Positronen. Solch ein Prozess ist im Standardmodell der Teilchenphysik äußerst unwahrscheinlich, da er die Leptonenzahl verändert. Nach derzeitigen Theorien, einschließlich solcher aus der Supersymmetrie, könnte dieser Zerfall jedoch häufiger auftreten, als bisher angenommen. Die Forscher beabsichtigen, mehr als 10^16 Muon-Zerfälle zu analysieren, um wertvolle Daten über diese seltenen Ereignisse zu sammeln.
Technologische Fortschritte
Heidelberger Wissenschaftler haben bahnbrechende Fortschritte bei der Entwicklung von Detektortechnologien gemacht, die für das Mu3e-Experiment von essenzieller Bedeutung sind. Am Physikalischen Institut unter Leitung von Prof. Schöning wurde ein ultradünner Siliziumpixel-Detektor entwickelt, der die Zerfallsteilchen mit hoher Präzision erfasst. Darüber hinaus wurde am Kirchhoff-Institut für Physik ein hochentwickelter Detektor zur schnellen Zeiterfassung mit einer Zeitauflösung von unter 100 Pikosekunden konzipiert.
Um eine hohe Sensitivität bei der Suche nach bislang nicht nachgewiesenem Zerfall zu gewährleisten, kommen neueste Technologien bei der Instrumentierung des Teilchendetektors zum Einsatz. Der Detektor hat eine räumliche Auflösung von besser als 200 μm, eine zeitliche Auflösung von unter 100 ps und eine Energieauflösung von besser als 0,5 MeV für die einzelnen Elektronen. Dies wird durch die Verwendung von Halbleiterdetektoren und Szintillatorfasern ermöglicht, die eine präzise Messung der Zerfälle erlauben.
Die Rollsergebnisse der Finanzierung
Mit den bewilligten Mitteln kann das Mu3e-Experiment nun weiter abgeschlossen und der Aufbau vollständig realisiert werden. Die ersten Daten des Experiments werden für das Jahr 2026 erwartet, und die vollständige Datenerfassung soll bis spätestens 2028 ermöglicht werden. Dies bedeutet, dass die Wissenschaftler in der Lage sein werden, den Zerfall nachzuweisen oder eine obere Grenze von 10^(-16) für die Zerfallswahrscheinlichkeit zu setzen, was eine Verbesserung um das 10.000-fache im Vergleich zu früheren Experimenten darstellt.
Zusätzlich wird die Förderung auch Mittel für Entwicklungsarbeiten an einer zweiten Ausbaustufe des Experiments einschließen, die ab etwa 2030 beginnen soll. Das Mu3e-Experiment hat das Potenzial, nicht nur bestehende Theorien der Teilchenphysik zu überprüfen, sondern auch neue, leichte dunkle Sektor-Teilchen wie dunkle Photonen zu untersuchen. Durch die Erzeugung des weltweit intensivsten Muonstrahls soll eine Analyse von zwei Milliarden Zerfällen pro Sekunde stattfinden, was für die wirtschaftliche und fruchtbare Forschung von enormer Bedeutung ist.
Die kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungstätigkeit im Rahmen des Mu3e-Experiments bietet somit nicht nur neue Perspektiven für die Teilchenphysik, sondern auch einen vielversprechenden Ausblick auf die zukünftige Wissenschaft. Heidelberger Physiker und internationale Partner wie die Universität Mainz, das Karlsruher Institut für Technologie sowie Institutionen aus Großbritannien und der Schweiz spielen dabei eine entscheidende Rolle. Mu3e wird daher sowohl in der Forschungsgemeinschaft als auch in der breiteren Öffentlichkeit mit großem Interesse verfolgt.
