Revolution inden for partikelfysik: Heidelberg-forskere jagter nye henfald!

Revolution inden for partikelfysik: Heidelberg-forskere jagter nye henfald!

Partikelfysikken står over for en spændende fase, da Mu3e-eksperimentet på Paul Scherrer Instituttet nu støttes med en anden finansieringsperiode. Heidelberg-fysikere er væsentligt involveret i dette banebrydende forskningsprojekt, som har til formål at få dybere indsigt i fysikkens grundlæggende love.

Et centralt mål med Mu3e-eksperimentet er at undersøge henfald af antimuoner til en elektron og to positroner. En sådan proces er ekstremt usandsynlig i standardmodellen for partikelfysik, fordi den ændrer leptontallet. Men ifølge nuværende teorier, herunder dem fra supersymmetri, kan dette henfald forekomme hyppigere end tidligere antaget. Forskerne har til hensigt at analysere mere end 10^16 myon-henfald for at indsamle værdifulde data om disse sjældne hændelser.

Teknologiske fremskridt

Heidelberg-forskere har gjort banebrydende fremskridt med at udvikle detektorteknologier, der er afgørende for Mu3e-eksperimentet. En ultratynd siliciumpixeldetektor blev udviklet på Fysisk Institut under ledelse af prof. Schöning, som registrerer henfaldspartiklerne med høj præcision. Desuden er en højtudviklet detektor til hurtig tidsregistrering med en tidsopløsning på mindre end 100 picosekunder designet på Kirchhoff Institut for Fysik.

For at sikre høj følsomhed i søgningen efter tidligere uopdaget henfald, anvendes de nyeste teknologier i instrumenteringen af ​​partikeldetektoren. Detektoren har en rumlig opløsning på bedre end 200 μm, en tidsmæssig opløsning på mindre end 100 ps og en energiopløsning på bedre end 0,5 MeV for de enkelte elektroner. Dette er muliggjort ved brug af halvlederdetektorer og scintillatorfibre, som gør det muligt at måle henfaldene præcist.

The Rolls resultater af finansieringen

Med de godkendte midler kan Mu3e-eksperimentet nu afsluttes, og strukturen kan implementeres fuldt ud. De første data fra eksperimentet forventes i 2026, og fuld dataindsamling skal være mulig senest i 2028. Det betyder, at videnskabsmænd vil være i stand til at opdage henfald eller sætte en øvre grænse på 10^(-16) for sandsynligheden for henfald, en 10.000-fold forbedring sammenlignet med tidligere eksperimenter.

Derudover vil midlerne også omfatte midler til udviklingsarbejde på et andet udvidelsestrin af eksperimentet, som er planlagt til at begynde omkring 2030. Mu3e-eksperimentet har potentiale til ikke kun at teste eksisterende teorier om partikelfysik, men også til at undersøge nye, lyse mørke sektorpartikler såsom mørke fotoner. Ved at generere verdens mest intense myonstråle vil der ske en analyse på to milliarder henfald i sekundet, hvilket er af enorm betydning for økonomisk og frugtbar forskning.

Den igangværende forsknings- og udviklingsaktivitet inden for Mu3e-eksperimentet tilbyder ikke kun nye perspektiver for partikelfysik, men også et lovende perspektiv for fremtidig videnskab. Heidelberg fysiker og internationale partnere som University of Mainz, Karlsruhe Institute of Technology og institutioner fra Storbritannien og Schweiz spiller en afgørende rolle. Mu3e følges derfor med stor interesse af både forskningsmiljøet og den bredere offentlighed.