Hiukkasfysiikan vallankumous: Heidelbergin tutkijat jahtaavat uusia hajoamisia!

Hiukkasfysiikan vallankumous: Heidelbergin tutkijat jahtaavat uusia hajoamisia!

Hiukkasfysiikka on jännittävän vaiheen edessä, sillä Paul Scherrer Instituten Mu3e-kokeilua tuetaan nyt toisella rahoituskaudella. Heidelbergin fyysikot ovat merkittävästi mukana tässä uraauurtavassa tutkimusprojektissa, jonka tavoitteena on saada syvempää näkemystä fysiikan peruslakeista.

Mu3e-kokeen keskeinen tavoite on tutkia antimuonien hajoamista yhdeksi elektroniksi ja kahdeksi positroniksi. Tällainen prosessi on erittäin epätodennäköinen hiukkasfysiikan vakiomallissa, koska se muuttaa leptonlukua. Nykyisten teorioiden mukaan, mukaan lukien supersymmetriasta johtuvat teoriat, tämä hajoaminen voi kuitenkin tapahtua useammin kuin aiemmin on ajateltu. Tutkijat aikovat analysoida yli 10^16 myonin hajoamista kerätäkseen arvokasta tietoa näistä harvinaisista tapahtumista.

Teknologinen kehitys

Heidelbergin tutkijat ovat edistyneet uraauurtavaa edistystä Mu3e-kokeilun kannalta olennaisten ilmaisintekniikoiden kehittämisessä. Fysiikan instituutissa Prof. Schöningin johdolla kehitettiin ultraohut piipikselidetektori, joka tallentaa hajoamishiukkaset erittäin tarkasti. Lisäksi Kirchhoffin fysiikan instituuttiin suunniteltiin pitkälle kehitetty ilmaisin nopeaan ajantallennukseen, jonka aikaresoluutio on alle 100 pikosekuntia.

Korkean herkkyyden varmistamiseksi aiemmin havaitsemattoman hajoamisen etsinnässä hiukkasilmaisimen instrumentoinnissa käytetään uusinta teknologiaa. Ilmaisimen avaruudellinen resoluutio on parempi kuin 200 μm, ajallinen resoluutio alle 100 ps ja energiaresoluutio parempi kuin 0,5 MeV yksittäisille elektroneille. Tämän tekee mahdolliseksi puolijohdeilmaisimien ja tuikekuitujen käyttö, joiden avulla vaimeneminen voidaan mitata tarkasti.

Rollsin rahoituksen tulokset

Hyväksytyillä varoilla Mu3e-kokeilu voidaan nyt saada päätökseen ja rakenne voidaan toteuttaa täysimääräisesti. Kokeilun ensimmäiset tiedot odotetaan saatavan vuonna 2026, ja täyden tiedonkeruun pitäisi olla mahdollista viimeistään vuonna 2028. Tämä tarkoittaa, että tutkijat pystyvät havaitsemaan rappeutumisen tai asettamaan rappeutumisen todennäköisyydelle ylärajan 10^(-16), mikä on 10 000-kertainen parannus aiempiin kokeisiin verrattuna.

Lisäksi rahoitus sisältää varoja kokeilun toisen laajennusvaiheen kehitystyöhön, jonka on määrä alkaa noin vuonna 2030. Mu3e-kokeella on potentiaalia paitsi testata olemassa olevia hiukkasfysiikan teorioita, myös tutkia uusia, vaalean pimeän sektorin hiukkasia, kuten tummia fotoneja. Luomalla maailman voimakkain myon-suihku, tapahtuu kahden miljardin hajoamisen analyysi sekunnissa, millä on valtava merkitys taloudelliselle ja hedelmälliselle tutkimukselle.

Mu3e-kokeessa käynnissä oleva tutkimus- ja kehitystoiminta ei tarjoa vain uusia näkökulmia hiukkasfysiikkaan, vaan myös lupaavia näkymiä tulevaisuuden tieteelle. Heidelbergin fyysikko ja kansainväliset kumppanit, kuten Mainzin yliopisto, Karlsruhen teknillinen instituutti sekä Ison-Britannian ja Sveitsin instituutiot, ovat ratkaisevassa roolissa. Mu3e Siksi sekä tutkijayhteisö että suuri yleisö seuraa sitä suurella mielenkiinnolla.