BaBar - Forschung

Kollisionen, Mesonen und Quarks

Das BABAR-Experiment am SLAC im kalifornischen Stanford ist ein Experiment der Elementarteilchenphysik, bei dem Elektronen und Positronen im PEP-II-Beschleuniger zur Kollision gebracht und unter anderem sogenannte B-Mesonen erzeugt werden; dies sind Elementarteilchen, die neben einem leichten Up- oder Down-Quark das zweitschwerste der sechs bekannten Quarks, das Bottom-Quark, enthalten. 

Im Rahmen des BABAR-Projekts arbeiten 500 Physiker (davon 200 Studierende und Doktoranden) aus über 75 Instituten in 10 Ländern zusammen.  Das Experiment hat seit Beginn der Datennahme im Jahr 1999 über 350 Veröffentlichungen in Fachjournalen publiziert.

Symmetrien und Symmetriebrechung

Was macht die Physik des Bottom-Quarks so interessant? 
B-Mesonen erlauben es, eine Eigenschaft der schwachen Kernkraft zu überprüfen, die eines der grundlegenden Konzepte der Teilchenphysik berührt: Symmetrien und Symmetriebrechung in der Natur.  Hier lässt sich die Brechung der CP-Symmetrie beobachten, die dazu führt, dass  Zerfälle von Teilchen mit einem Bottom- oder einem Antibottom-Quark eine leichte Asymmetrie aufweisen.  Die Verletzung der CP-Symmetrie wurde in den 1960ern erstmals im System der neutralen Kaonen
beobachtet. 

BABAR konnte gemeinsam mit dem BELLE-Experiment in Japan die Verletzung der CP-Symmetrie mit neutralen B-Mesonen experimentell nachweisen.  Die japanischen Physiker Kobayashi und Maskawa hatten in den 70er Jahren eine solche Verletzung vorausgesagt;  im Jahr 2008 wurden sie dafür mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, unter anderem deshalb, weil ihre Vorhersage nun von BABAR und BELLE experimentell bestätigt werden konnte.

Verletzung der CP-Symmetrie ist eine der notwendigen Bedingungen für die im Universum beobachtete Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie.

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Messungen der Reaktionswahrscheinlichkeiten von Prozessen mit hadronischen Teilchen

Die Mainzer Gruppe arbeitet neben der Analyse seltener hadronischer B-Zerfälle auch an Messungen der Reaktionswahrscheinlichkeiten von Prozessen mit 2, 3, 4, ... hadronischen Teilchen (z. B. Pionen, Kaonen, Eta) im Endzustand.

Diese Messungen sind von entscheidender Bedeutung für eine weitere Präzisionsvariable, nämlich das anomale magnetische Moment des Myons.  Dies ist eine Größe, die mit extremer Genauigkeit gemessen und gleichzeitig im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik theoretisch vorhergesagt werden kann. 

Die Mainzer Messungen führen zu einer deutlichen Verbesserung der theoretischen Vorhersage.
Findet man eine Abweichung zwischen Theorie und Experiment, so ist dies ein Hinweis auf eine Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik.