Revolutie in de deeltjesfysica: onderzoekers uit Heidelberg jagen op nieuw verval!

Revolutie in de deeltjesfysica: onderzoekers uit Heidelberg jagen op nieuw verval!

De deeltjesfysica gaat een spannende fase tegemoet, omdat het Mu3e-experiment van het Paul Scherrer Instituut nu wordt ondersteund met een tweede financieringsperiode. Natuurkundigen uit Heidelberg zijn aanzienlijk betrokken bij dit baanbrekende onderzoeksproject, dat tot doel heeft diepere inzichten te verwerven in de fundamentele wetten van de natuurkunde.

Een centraal doel van het Mu3e-experiment is het onderzoeken van het verval van antimuonen in één elektron en twee positronen. Een dergelijk proces is uiterst onwaarschijnlijk in het standaardmodel van de deeltjesfysica, omdat het het leptongetal verandert. Volgens de huidige theorieën, waaronder die van supersymmetrie, kan dit verval echter vaker voorkomen dan eerder werd gedacht. De onderzoekers zijn van plan meer dan 10^16 muonverval te analyseren om waardevolle gegevens over deze zeldzame gebeurtenissen te verzamelen.

Technologische vooruitgang

Wetenschappers uit Heidelberg hebben baanbrekende vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van detectortechnologieën die essentieel zijn voor het Mu3e-experiment. Aan het Natuurkundig Instituut werd onder leiding van prof. Schöning een ultradunne siliciumpixeldetector ontwikkeld, die de vervaldeeltjes met hoge precisie registreert. Bovendien werd bij het Kirchhoff Institute for Physics een hoogontwikkelde detector voor snelle tijdregistratie met een tijdresolutie van minder dan 100 picoseconden ontworpen.

Om een ​​hoge gevoeligheid te garanderen bij de zoektocht naar voorheen onopgemerkt verval, worden de nieuwste technologieën gebruikt bij de instrumentatie van de deeltjesdetector. De detector heeft een ruimtelijke resolutie van beter dan 200 μm, een temporele resolutie van minder dan 100 ps en een energieresolutie van beter dan 0,5 MeV voor de individuele elektronen. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van halfgeleiderdetectoren en scintillatorvezels, waarmee het verval nauwkeurig kan worden gemeten.

De Rolls-resultaten van de financiering

Met de goedgekeurde fondsen kan het Mu3e-experiment nu worden voltooid en kan de structuur volledig worden geïmplementeerd. De eerste gegevens van het experiment worden in 2026 verwacht en de volledige gegevensverzameling zou uiterlijk in 2028 mogelijk moeten zijn. Dit betekent dat wetenschappers verval kunnen detecteren of een bovengrens van 10 ^ (-16) kunnen stellen aan de waarschijnlijkheid van verval, een 10.000-voudige verbetering vergeleken met eerdere experimenten.

Daarnaast omvat de financiering ook fondsen voor ontwikkelingswerkzaamheden aan een tweede uitbreidingsfase van het experiment, die naar verwachting rond 2030 zal beginnen. Het Mu3e-experiment heeft het potentieel om niet alleen bestaande theorieën uit de deeltjesfysica te testen, maar ook om nieuwe, lichte, donkere sectordeeltjes zoals donkere fotonen te onderzoeken. Door de meest intense muonenbundel ter wereld te genereren, zal een analyse van twee miljard verval per seconde plaatsvinden, wat van enorm belang is voor economisch en vruchtbaar onderzoek.

De lopende onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten binnen het Mu3e-experiment bieden niet alleen nieuwe perspectieven voor de deeltjesfysica, maar ook veelbelovende perspectieven voor de toekomstige wetenschap. Heidelbergse natuurkundige en internationale partners zoals de Universiteit van Mainz, het Karlsruhe Institute of Technology en instellingen uit Groot-Brittannië en Zwitserland spelen een cruciale rol. Mu3e wordt daarom met grote belangstelling gevolgd door zowel de onderzoeksgemeenschap als het bredere publiek.