Revolution inom partikelfysik: Heidelberg-forskare jagar nya sönderfall!

Revolution inom partikelfysik: Heidelberg-forskare jagar nya sönderfall!

Partikelfysiken står inför en spännande fas, eftersom Mu3e-experimentet vid Paul Scherrer-institutet nu får stöd med en andra finansieringsperiod. Heidelbergs fysiker är mycket involverade i detta banbrytande forskningsprojekt, som syftar till att få djupare insikter i fysikens grundläggande lagar.

Ett centralt mål med Mu3e-experimentet är att undersöka sönderfall av antimuoner till en elektron och två positroner. En sådan process är extremt osannolik i standardmodellen för partikelfysik eftersom den ändrar leptontalet. Men enligt nuvarande teorier, inklusive de från supersymmetri, kan detta sönderfall inträffa oftare än man tidigare trott. Forskarna har för avsikt att analysera mer än 10^16 myonförfall för att samla in värdefull data om dessa sällsynta händelser.

Tekniska framsteg

Heidelbergs forskare har gjort banbrytande framsteg när det gäller att utveckla detektorteknologier som är avgörande för Mu3e-experimentet. En ultratunn kiselpixeldetektor utvecklades vid Physics Institute under ledning av prof. Schöning, som registrerar sönderfallspartiklarna med hög precision. Dessutom designades en högutvecklad detektor för snabb tidsregistrering med en tidsupplösning på mindre än 100 pikosekunder vid Kirchhoff Institute for Physics.

För att säkerställa hög känslighet i sökandet efter tidigare oupptäckt sönderfall, används den senaste tekniken i instrumenteringen av partikeldetektorn. Detektorn har en spatial upplösning på bättre än 200 μm, en tidsupplösning på mindre än 100 ps och en energiupplösning på bättre än 0,5 MeV för de enskilda elektronerna. Detta möjliggörs genom användning av halvledardetektorer och scintillatorfibrer, som gör att sönderfallen kan mätas exakt.

The Rolls resultat av finansieringen

Med de godkända medlen kan nu Mu3e-experimentet slutföras och strukturen implementeras fullt ut. De första uppgifterna från experimentet förväntas vara 2026, och fullständig datainsamling bör vara möjlig senast 2028. Detta innebär att forskare kommer att kunna upptäcka förfall eller sätta en övre gräns på 10^(-16) för sannolikheten för förfall, en 10 000-faldig förbättring jämfört med tidigare experiment.

Dessutom kommer finansieringen även att inkludera medel för utvecklingsarbete på ett andra utbyggnadsskede av experimentet, som är planerat att påbörjas omkring 2030. Mu3e-experimentet har potential att inte bara testa befintliga teorier om partikelfysik, utan också att undersöka nya, ljusa mörka sektorpartiklar som mörka fotoner. Genom att generera världens mest intensiva myonstråle kommer en analys av två miljarder sönderfall per sekund att ske, vilket är av enorm betydelse för ekonomisk och fruktbar forskning.

Den pågående forsknings- och utvecklingsverksamheten inom Mu3e-experimentet erbjuder inte bara nya perspektiv för partikelfysik, utan också en lovande utsikt för framtida vetenskap. Heidelberg fysiker och internationella partners som University of Mainz, Karlsruhe Institute of Technology och institutioner från Storbritannien och Schweiz spelar en avgörande roll. Mu3e följs därför med stort intresse av både forskarvärlden och den breda allmänheten.