Revolusjon i partikkelfysikk: Heidelberg-forskere jager nye forfall!

Revolusjon i partikkelfysikk: Heidelberg-forskere jager nye forfall!

Partikkelfysikk står foran en spennende fase, da Mu3e-eksperimentet ved Paul Scherrer Institute nå støttes med en ny finansieringsperiode. Heidelberg-fysikere er betydelig involvert i dette banebrytende forskningsprosjektet, som har som mål å få dypere innsikt i fysikkens grunnleggende lover.

Et sentralt mål med Mu3e-eksperimentet er å undersøke henfall av antimuoner til ett elektron og to positroner. En slik prosess er ekstremt usannsynlig i standardmodellen for partikkelfysikk fordi den endrer leptontallet. Imidlertid, ifølge gjeldende teorier, inkludert de fra supersymmetri, kan dette forfallet forekomme hyppigere enn tidligere antatt. Forskerne har til hensikt å analysere mer enn 10^16 myonforfall for å samle verdifulle data om disse sjeldne hendelsene.

Teknologiske fremskritt

Heidelberg-forskere har gjort banebrytende fremskritt i å utvikle detektorteknologier som er avgjørende for Mu3e-eksperimentet. En ultratynn silisiumpikseldetektor ble utviklet ved Physics Institute under ledelse av prof. Schöning, som registrerer nedbrytningspartiklene med høy presisjon. I tillegg ble en høyt utviklet detektor for rask tidsregistrering med en tidsoppløsning på mindre enn 100 pikosekunder designet ved Kirchhoff Institute for Physics.

For å sikre høy følsomhet i søket etter tidligere uoppdaget forfall, brukes de nyeste teknologiene i instrumenteringen av partikkeldetektoren. Detektoren har en romlig oppløsning på bedre enn 200 μm, en tidsoppløsning på mindre enn 100 ps og en energioppløsning på bedre enn 0,5 MeV for de enkelte elektronene. Dette er muliggjort ved bruk av halvlederdetektorer og scintillatorfibre, som gjør at henfallene kan måles nøyaktig.

The Rolls resultater av finansieringen

Med de godkjente midlene kan Mu3e-eksperimentet nå fullføres og strukturen implementeres fullt ut. De første dataene fra eksperimentet forventes i 2026, og full datainnsamling skal være aktivert senest i 2028. Dette betyr at forskere vil være i stand til å oppdage forfall eller sette en øvre grense på 10^(-16) på sannsynligheten for forfall, en 10 000 ganger forbedring sammenlignet med tidligere eksperimenter.

I tillegg vil finansieringen også inkludere midler til utviklingsarbeid på et andre utvidelsestrinn av eksperimentet, som etter planen starter rundt 2030. Mu3e-eksperimentet har potensial til å ikke bare teste eksisterende teorier om partikkelfysikk, men også å undersøke nye, lyse mørke sektorpartikler som mørke fotoner. Ved å generere verdens mest intense myonstråle vil en analyse av to milliarder henfall per sekund finne sted, noe som er av enorm betydning for økonomisk og fruktbar forskning.

Den pågående forsknings- og utviklingsaktiviteten innenfor Mu3e-eksperimentet tilbyr ikke bare nye perspektiver for partikkelfysikk, men også et lovende perspektiv for fremtidig vitenskap. Heidelberg fysiker og internasjonale partnere som University of Mainz, Karlsruhe Institute of Technology og institusjoner fra Storbritannia og Sveits spiller en avgjørende rolle. Mu3e følges derfor med stor interesse av både forskningsmiljøet og det bredere publikum.