01.12.2011 —

Zum Start der Modernisierungsarbeiten am KEKB-Teilchenbeschleuniger und des Belle-Experiments in Tsukuba, Japan, haben die Institute des deutschen Projektverbundes (1) und das KEK (2) eine Vereinbarung getroffen. Das KEK und die deutsche Beteiligung verständigten sich auf eine intensive Zusammenarbeit beim Umbau des Belle-Experiments, das bis zum Sommer 2010 in Betrieb war. Die Vereinbarung wurde am 18. November 2011 von hochrangigen Repräsentanten des KEK, der Max-Planck-Gesellschaft, des DESY, dem Leiter des Wissenschaftsreferats der Deutschen Botschaft in Tokio als Vertreter des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sowie der internationalen Belle II-Kollaboration unterzeichnet. Die Inbetriebnahme des modernisierten KEKB-Beschleunigers („SuperKEKB“) ist für das Jahr 2014 vorgesehen.

Am Teilchenbeschleuniger KEKB des japanischen KEK erforschen Wissenschaftler die physikalischen Grundlagen der so genannten CP-Verletzung. Diese ist für ein geringes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im frühen Universum verantwortlich. Nach den allgemein akzeptierten Vorstellungen der Entwicklung des Universums erwartet man aber ein Gleichgewicht zwischen den Teilchen der Materie und Antimaterie, mit der Folge, dass beide Materiearten sich gegenseitig vernichtet haben müssten. Stattdessen bildete sich ein winziger Überschuss an Materie, aus dem das heutige, Materie-dominierte Universum hervorging. Dieses Rätsel untersuchen Wissenschaftler mit Hilfe von speziellen Quark-/Antiquark-Paaren, so genannten B-Mesonen, die im Teilchenbeschleuniger KEKB (und später SuperKEKB) bei der Kollision von Elektronen und Positronen entstehen.

Nach Ansicht der Physiker lässt sich die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie nur mit „neuer Physik“ jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik erklären. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger SuperKEKB und den Verbesserungen des Detektors („Belle II“) können die Wissenschaftler die Präzision ihrer Messungen drastisch erhöhen und erwarten sich so Hinweise auf bisher unbekannte physikalische Zusammenhänge. Das modernisierte Nachfolgemodell SuperKEKB wird gegenüber seinem Vorgänger eine 40fach höhere Leistung erbringen und die Anzahl der erzeugten B-Meson-Paare auf über 3000 pro Sekunde erhöhen. In jeder Sekunde entsteht dabei ein Datenvolumen von mehr als 30 Gigabyte. Aus dieser enormen Datenmenge müssen die relevanten Signale herausgefiltert werden. Diese Aufgabe erledigt der neue Belle II-Detektor, der mit Hilfe modernster Technologien aufgerüstet wird. Herzstück von Belle II ist eine Art digitale Hochleistungskamera, nämlich ein Pixel-Vertex-Detektor (PXD), der unmittelbar am Kollisionsort die Teilchenspuren ausliest und analysiert.

Dieser Detektor wird von deutschen Forschungseinrichtungen bereitgestellt. In der jetzt getroffenen Vereinbarung verpflichten sich die neun deutschen Institute der internationalen Belle II-Kollaboration, den auf einer speziellen, in Deutschland entwickelten Technologie basierenden Pixel-Vertex-Detektor zu bauen und zu betreiben. Den Löwenanteil für das auf 5 Millionen Euro veranschlagte PXD-Projekt tragen die Max-Planck-Gesellschaft und das BMBF. Im Gegenzug erhalten die deutschen Institute uneingeschränkten Zugang zu den Forschungsdaten, die mit dem Belle II-Detektor am SuperKEKB gewonnen werden.  Die Gesamtkosten der Umrüstung des bestehenden Belle-Detektors belaufen sich auf 40 Millionen Euro, die sich die internationale Belle II-Kollaboration (3) und das KEK zur Hälfte teilen. Der SuperKEKB-Beschleuniger, der vom KEK bereitgestellt wird, ist etwa zehnmal so teuer.

Mit der Unterzeichnung der Absichterklärung wurde die Zusammenarbeit deutscher Forschungseinrichtungen mit japanischen Instituten auf dem Gebiet der Teilchenphysik, die vor 40 Jahren mit gemeinsamen Experimenten am DESY begründet wurde, erstmals im Rahmen eines Experiments am KEK vertraglich vereinbart.

(1) Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY), Karlsruhe Institute of Technology, Ludwig-Maximilians-Universität München, Max-Planck Institut für Physik, Technische Universität München (mit Exzellenzcluster Universe), Universität Bonn, Universität Gießen, Universität Göttingen, Universität Heidelberg, derzeit 79 Wissenschaftler

(2) High Energy Accelerator Research Organization KEK, Tsukuba, Japan

(3) Belle II-Kollaboration: derzeit 58 Institute aus 14 Nationen, 419 Wissenschaftler

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