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Neuer Detektor für die Suche nach Neutrinos
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
astronews.com
14. Mai 2025
Mit dem Ausbau des Large Hadron Collider am CERN in
den kommenden Jahren steigen auch die Datenraten. Das dürfte für den aktuellen
Neutrino-Detektor des FASER-Experiments zu einem Problem werden, so dass er
durch einen neuartigen, leistungsfähigeren Detektor ersetzt werden muss. In Bonn
will man sich dieser Herausforderung annehmen.
Das FASER-Experiment am Large Hadron
Collider des CERN in Genf.
Foto: Maximilien Brice / CERN (CC-BY-4.0) [Großansicht] |
Sie sind extrem leicht, elektrisch neutral und entstehen fast überall im
Universum: Neutrinos gehören zu den am häufigsten vorkommenden Teilchen im
Kosmos, zählen somit zu den Grundbausteinen des Universums. Für Forschende sind
diese fast masselosen Elementarteilchen aber nach wie vor "Geisterteilchen":
"Sie wechselwirken mit Materie so selten, dass sie Milliardenfach durch unseren
Körper hindurchfliegen, ohne eine Spur zu hinterlassen", erläutert Prof. Dr.
Matthias Schott vom Physikalischen Institut der Universität Bonn. "Das macht es
extrem schwer, sie nachzuweisen."
Im Jahr 2023 gelang es Forschenden des FASER-Experiments (ForwArd Search
ExpeRiment) am Large Hydron Collider (LHC) des europäischen
Forschungszentrum CERN erstmals, Neutrinos, die bei Proton-Proton-Kollisionen
erzeugt wurden, nachzuweisen. Mit diesem FASER-Experiment begann eine neue Ära
der hochenergetischen Neutrino-Forschung: Das kompakte Detektor-Experiment
eignet sich ideal, um Neutrinos nachzuweisen, die bei Kollisionen mit sehr hoher
Energie entstehen. In den nächsten Jahren wird der LHC nun aber zum "High-Luminosity
LHC" ausgebaut, um seine Leistungsfähigkeit weiter zu steigern: Die heutige
Kollisionsrate von 600 Millionen pro Sekunde wird dann um den Faktor drei bis
vier steigen. Gleichzeitig vervielfacht sich die Datenmenge um etwa das
Zwanzigfache.
"Nach diesem Upgrade wird das aktuelle Detektorkonzept von FASER nicht mehr
einsetzbar sein – die erwarteten Datenraten sind schlichtweg zu hoch", so
Schott, der auch Mitglied in den Transdisziplinären Forschungsbereichen "Modelling"
und "Matter" ist. Der Detektor muss also ersetzt werden. Mithilfe einer
Reinhart-Kosellek-Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe
von einer Million Euro will sich Schott dieser Aufgabe stellen: "Im Rahmen des
Koselleck-Projekts wird mein Team erstmals einen dedizierten, aktiven
Neutrino-Detektor für den LHC entwickeln, der speziell für den Einsatz während
der Hochluminositätsphase ausgelegt ist und mit den hohen Datenraten umgehen
kann."
Zum Einsatz kommt dabei eine Technologie, mit der die Forschenden in Bonn
bereits umfangreiche Erfahrung gesammelt haben: sogenannte GridPix-Detektoren.
"Diese ermöglichen es uns, Neutrinowechselwirkungen präzise zu vermessen", führt
Schott aus. Damit könnte es gelingen, zu untersuchen, wie die beiden Sorten
Elektron- und Myon-Neutrinos in einem bisher unerforschten Energiebereich
wechselwirken. "Es könnte sogar erstmals ein experimenteller Hinweis auf
Anti-Tau-Neutrinos gefunden werden. Solche Wechselwirkungen konnten bislang noch
nie direkt nachgewiesen werden."
Mit den sogenannten Reinhart-Kosellek-Projekten fördert die DFG durch
besondere wissenschaftliche Leistung ausgewiesene Forschende, damit diese in
hohem Maße innovative und im positiven Sinne risikobehaftete Projekte
durchführen können. Die Fördersumme für die Laufzeit von fünf Jahren beträgt bis
zu 1,25 Millionen Euro.
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