„Dunkle Photonen“

CERN: Grünes Licht für Jagd nach neuen Teilchen

11.03.2019 18:09

Die Forschungskommission des CERN nahe Genf hat grünes Licht für ein Experiment gegeben, das nach neuen Teilchen suchen soll. Das sogenannte FASER-Experiment wird das Physikprogramm der Europäischen Organisation für Kernforschung ergänzen und das Potenzial für Neuentdeckungen erhöhen.

Das FASER-Experiment (die Abkürzung steht für „Forward Search Experiment“) soll nach leichten, extrem schwach wechselwirkenden Teilchen suchen, die der Forschung bisher entgangen sind: Die vier Hauptdetektoren des Large Hadron Collider (LHC) können diese Teilchen nicht erkennen. Es könnte sein, dass sie aus den Detektoren entlang des LHC entweichen und nicht bemerkt werden, schrieb das CERN.

Der Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider am CERN

(Bild: EPA)

Suche nach „Dunklen Photonen“
Zu den gesuchten Teilchen gehören beispielsweise „Dunkle Photonen“, quasi Doppelgänger normaler Lichtteilchen, die mit Dunkler Materie assoziiert sind. Dunkle Materie macht rund 80 Prozent der gesamten Masse des Universums aus. Ihre Beschaffenheit ist jedoch ein großes Rätsel: Sie wurde noch nie direkt nachgewiesen und im Labor untersucht.

Das Dunkle-Materie-Problem zeige, dass wir nicht wissen, woraus der Großteil unseres Universums besteht, ließ sich FASER-Co-Leiter Jonathan Feng von der University of California Irvine in einer Mitteilung seiner Hochschule zitieren. „Wir sind also sicher, dass es da draußen neue Teilchen gibt.“

Der FASER-Detektor soll 480 Meter vom ATLAS-Detektor entfernt platziert werden - dem Instrument, mit dem die CERN-Forschenden das Higgs-Boson nachgewiesen haben. Wenn die Protonenstrahlen den Interaktionspunkt des ATLAS-Instruments passieren, entstehen allenfalls die neuen gesuchten Teilchen.

Illustration: So sieht der Zerfall eines Higgs-Bosons in zwei Quarks im ATLAS-Detektor aus.

(Bild: CERN/ATLAS Collaboration)

Anders als die Protonenstrahlen, die durch die LHC-Magnete auf eine geschwungene Bahn gelenkt werden, setzen die leichten, schwach wechselwirkenden Teilchen ihre Flugbahn in gerader Linie fort. Ihre „Zerfallsprodukte“ würden dann vom FASER-Detektor erkannt, der immer dann aktiviert sein soll, wenn das ATLAS-Experiment läuft.

Detektor relativ kostengünstig
Die neuen Teilchen würden nur wenig gestreut, weshalb es möglich sei, sie mit einem relativ kleinen und kostengünstigen Detektor mit hoher Empfindlichkeit nachzuweisen, schrieb das CERN. Das FASER-Instrument soll weniger als fünf Meter lang werden und einen Durchmesser von rund einem Meter haben. Es ist also ziemlich kompakt im Vergleich zum riesigen ATLAS-Instrument.

Das neue Instrument wird während der derzeitigen Wartungspause des LHC gebaut und in einem Seitentunnel entlang einer ungenutzten Übertragungsleitung installiert, die den LHC mit seinem Vorbeschleuniger, dem Super Proton Synchrotron (Bild unten) verbindet. Um FASER schnell und kostengünstig bauen zu können, werden Detektor-Ersatzteile verwendet, die von den ATLAS- und LHCb-Experimenten kostenlos bereitgestellt werden, so das CERN.

Der Super Proton Synchrotron am CERN

(Bild: CERN)

Das neue Instrument soll von 2021 bis 2023 Daten sammeln. In einer weiteren langen Wartungspause des LHC von 2024 bis 2026 wollen die CERN-Forschenden den noch größeren FASER-2-Detektor installieren, der eine noch größere Bandbreite bisher unbekannter Teilchen nachweisen könnte.